基于第一性原理的KMgF3晶体电子结构和光学性质研究.pdf

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1、上海理工大学学报第32卷第3期J．UniversityofShanghaiforScienceandTechnologyVo1．32No．32010文章编号：1007—6735(2010)03—0263—05基于第一性原理的KMgF3晶体电子结构和光学性质研究程芳，刘廷禹，张启仁，乔海玲，周秀文(上海理工大学理学院，上海200093)摘要：应用第一性原理研究了完整KMgF3晶体的态密度、介电函数、吸收光谱、复折射率和复数光电导谱．结果表明，介电函数虚部、吸收光谱、复折射率和复数光电导谱的峰值位置与KMgF~晶体的电子结构存在一一对应关系，它们都与KMgF3晶体的的电子结构有关．计算结果与实验

2、结果相吻合．关键词：KMgF3晶体；电子结构；光学性质；模拟计算中图分类号：O482文献标志码：AFirst-principlewithregardtoelectronicstructuresandopticalpropertiesofperfectKMgF3singlecrystalCHEI~Fang，LIUTincj-yu，ZHANGQi-nen，QIAOHai·lin，ZHOUXiu-won(ColZ~,o厂Science，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China)Abstract：Theelect

3、ronicstructure，dielectricfunction，complexreflectivityindex，complexconduc．tivityandabsorptionspectraoftheperfectKMgF~crystalwerecalculatedbyusing(、ASTEPcodes．Thecalculatedresultsindicatethattheimaginarypartsofdielectricfunction．complexreflectivityindex．complexconductivityandabsorptionspectraofthecry

4、stalarerelatedtotheelectronicstruc-turesofthecrysta1．Thecalculatedresultsareingoodagreementwiththeexperimentalones．Keywords：KMgF3singlecrystal；electronicstructure；opticalproperties；simulationKMgF~晶体是无色透明的氟化物，由于其结构率，是很有潜力的窗口材料[6]．目前对掺杂的简单、对称性高且具有良好的光学均匀性和热稳定KMgF3离子晶体性质研究已有大量的报道[7I9]，但性、熔点低、光学透过率高、容易

5、实现不同价态稀土对纯的KMgF~单晶的研究还很少，到目前为止，尚离子的掺杂，因而KMgF3是探寻新型激光材料的理无KMgF~晶体电子结构和光学性质的第一性原理想基质[1]．同时，KMgF3单晶在高能辐照下具有交计算的研究．而利用CTEP研究晶体的电子结构叉发光性能[2-3]，发光在紫外区，衰变时间大约为1和光学性质已经有很多成功的例子[10,11]，因此，本ns，因此可作为快速闪烁体材料用来检测高能粒文利用CASTEP软件系统地对完整KMgF~晶体的子_4]．KMgF3单晶在紫外波段具有很高的透过光学性质进行了模拟计算．以期揭示KMgF3离子晶收稿日期：2009—06—19基金项目：上海市教

6、委优势学科资助项目(s3O502)作者简介：程芳(1982一)，男，硕士研究生．刘廷禹(联系人)，男，教授．E-mail：liutyyxji@163．com上海理工大学学报2010年第32卷体的光学性质与晶体的电子结构以及晶体结构之间Ac—Ey(K)一∞I}(1)的关系，并为研究含缺陷的KMgF3离子晶体的光学Z丌J性质打下基础．式中，e为电子电量；eo为真空中的介电常数；m为自由电子的质量；09为人射光子的频率；Ac为剪1晶体结构和计算方法刀算子值的偏移量；Ec、Ev为导带和价带的能量；h为普朗克常数；K为波矢；a为矢量势A的单位1．1晶体结构方向矢量；M为偶极跃迁矩阵；BZ为布里渊区．K

7、MgF~晶体为典型立方钙钛矿型结构复合氟介电函数的实部￡(∞)根据Kramers—Kronig(KK)化物，晶格常数为0．3973am，空间群为0j(P∞)．变换关系【1得到．由于采用密度泛函理论计算得到如图l所示，单位晶胞含有一个KMgF3分子．氟原的固体能带的禁带宽度总是偏小的，因此采用剪刀子的点对称性为Dn，Mg和K原子是0n．K离子占算子进行修正．根据完整的KM：g晶体的计算结果据立方体的顶角，Mg离