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《高压下氧化镉弹性性质_电子结构和光学性质的第一性原理研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第21卷第3期高压物理学报Vol.21,No.32007年9月CHINESEJOURNALOFHIGHPRESSUREPHYSICSSept.,2007文章编号:100025773(2007)0320299206高压下氧化镉弹性性质、电子结构和3光学性质的第一性原理研究1111何开华,郑广,陈刚,吕涛,112万淼,向东,姬广富(1.中国地质大学数学与物理学院,湖北武汉430074;2.中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理实验室,四川绵阳621900)摘要:运用基于密度泛函理论的平面波赝势方法(PWP),计算研究了氧化镉NaCl结构(B1结构)和CsCl结构(B2
2、结构)在不同压力条件下的几何结构、弹性性质、电子结构和光学性质。交换关联能分别采用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)。通过比较计算和实验得到的晶格常数和体模量不难发现,LDA的计算结果更符合实验值。在高压的作用下,两种结构的导带能级有向高能级移动的趋势,而价带能级有向低能级移动的趋势,因此直接带隙变大。同时,对照态密度分布图及高压下能级的移动情况,分析了CdO两种结构在高压作用下的光学性质。关键词:氧化镉;密度泛函理论(DFT);电子结构中图分类号:O472;O73文献标识码:A1引言最近对过渡金属氧化物的研究引起了人们的广泛关注,当然也包括了氧化物在极端条件下的性
3、质研究,如高温高压下物质结构相的稳定性研究。文献[124]报道了利用高压实验对FeO、MnO、CaO和[5]NiO的相稳定性和弹性性质进行的研究。Desgrenier指出,在9GPa的压力下,ZnO会由B1结构向B2结构转变。由于密度泛函理论的提出,发展了多种量子力学从头计算方法,能够对物质的结构及其[6]相关性质进行准确地计算。Sun等利用CASTEP程序(CambridgeSequentialTotalEnergyPackage)计算研究了ZnO在高压下的光学性质和电子结构的变化情况。CdO是Ⅱ2Ⅵ族氧化物,在环境条件下的稳定结构为B1结构,相对于其它Ⅱ2Ⅵ族半导体,对Cd
4、O[7]的研究较少。R.J.Guerrero2Moreno等利用第一性原理进行计算,选取多种可能的结构,在不同的压力作用下几何优化,发现CdO在高压作用下将由B1结构转变为B2结构,并对其弹性性质和电子结构[8][7]进行了研究。Liu利用高压实验对CdO进行了研究,验证了Roberto关于相变的预测,给出的相变压强在90GPa附近,与理论值非常接近。实验和理论计算给出的晶格常数符合较好,两种结构的误差[8][7]分别为115%(B1)和218%(B2)。但实验和理论计算给出的体模量差距较大,分别相差1313%(B1)和3215%(B2),并且实验测出的B2结构的体模量要比B1
5、结构的要大,而理论计算给出的B1结构的体模量比B2结构要大。3收稿日期:2006208208;修回日期:2007204209基金项目:湖北省杰出青年基金(2006ABB031);中国工程物理研究院科学基金(20050102);中国地质大学(武汉)优秀青年教师资助计划(CUGQNL0716)资助项目作者简介:何开华(1978—),男,硕士,助教,主要从事凝聚态物质的物理性质计算研究.E2mail:he23981006@126.com通讯作者:郑广(1965—),男,博士,教授,主要从事凝聚态物质的物理性质计算研究.E2mail:gzheng25@yahoo.com©1994-20
6、10ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net300高压物理学报第21卷本研究采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,电子交换关联作用分别采用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA),对两种结构的CdO在高压作用下进行几何优化,并对其电子结构和光学性质在高压下的变化情况进行探讨。从计算结果可以看出,对于CdO来说,交换关联能采用LDA更适合一些。2计算方法和模型氧化镉常见的两种结构为B1结构和B2结构,在计算选取的模型中,每个B1结构的晶胞中分别有4个
7、Cd原子和O原子,B2结构晶胞中只含有一个Cd原子和O原子。[9]本计算研究采用基于密度泛函理论的平面波基组的赝势(PWP)从头算法,此方法已成功运用在[10214]各类材料的计算研究中。分别对氧化镉的两种结构在不同压力下进行几何优化,交换2关联能分别[15][16217][18]用GGA和LDA进行描述,电子与离子实之间的相互作用采用模守恒赝势进行描述。为确保计算速度并且能满足足够的精度,两种结构平面波截断能都为380eV,系统总能量和电荷密度在布里[19]渊区的积分计算使用Monkhor
