层状偏锑酸盐电子结构和线性光学性质的理论研究

论文摘要

材料的结构和组分决定了其物理性质,基于第一性原理的材料计算是研究这种结构-功能关系的重要方法。本文选取了一组具有相似结构的偏锑酸盐MSb2O6 （M=Ca, Sr, Ba）及PbSb2O6,采用第一性原理计算方法对它们的电子结构和光学性质展开了研究,探讨材料的结构-功能关系。论文中计算了偏锑酸盐MSb2O6 （M=Ca, Sr, Ba）的能带结构、总的态密度和分波态密度。（1）结果表明三种化合物的电子结构非常相似:三者都是间接带隙半导体,禁带宽度值比较接近;三种化合物的最高占据轨道（HOMO）主要来自O 2p电子轨道的贡献,而最低未被占据轨道（LUMO）主要来自Sb 4s电子的贡献。（2）在实空间内给出了静电势和HOMO、LUMO的某个等值面图。通过静电势图发现在晶体的（001）方向上,电势分布具有层状结构;三种化合物的HOMO和LUMO交叠依次变大,说明在相同条件下发生光激发的能力依次增强,由此初步分析了它们的光催化性能。论文还系统地计算了MSb2O6 （M=Ca, Sr, Ba）的介电谱、吸收谱和折射率谱等线性光学性质。（1）得到了它们的基本光学参数。（2）以CaSb2O6为例分析了光学性质和电子结构的联系,验证了材料的光学性质是由其电子结构特性决定的。（3）论文还计算了PbSb2O6的电子结构性质和光学性质,并同前三种化合物的相关性质展开了比较。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 晶体的电子结构和性能
• 1.1.2 材料光学性质的计算研究
• 1.2 本论文的主要研究内容和意义
• 第2章 密度泛函理论
• 2.1 引言
• 2.2 第一性原理计算方法
• 2.2.1 多电子系统的哈密顿量
• 2.2.2 绝热近似与Hartree-Fock近似
• 2.2.3 密度泛函理论（ DFT ）
• 2.2.4 局域梯度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）
• 2.3 第一性原理赝势平面波方法
• 2.3.1 平面波方法
• 2.3.2 赝势方法
• 2.4 VASP软件包
• 2.5 本章小结
• 2O₆ （M=Ca, Sr, Ba）体系的电子结构性质'>第3章 MSb₂O₆ （M=Ca, Sr, Ba）体系的电子结构性质
• 3.1 引言
• 3.1.1 晶体结构特征
• 3.1.2 计算参数设置
• 3.1.3 晶格参数优化
• 3.2 电子结构的计算
• 2O₆ 的能带及态密度'>3.2.1 CaSb₂O₆的能带及态密度
• 2O₆ （M=Ca, Sr, Ba） 三个体系电子结构的比较'>3.2.2 MSb₂O₆ （M=Ca, Sr, Ba） 三个体系电子结构的比较
• 2O₆ （M=Ca, Sr, Ba） 光催化性能的初步分析'>3.3 MSb₂O₆ （M=Ca, Sr, Ba） 光催化性能的初步分析
• 3.4 本章小结
• 2O₆ （M=Ca, Sr, Ba, Pb）体系光学性质的计算'>第4章 MSb₂O₆ （M=Ca, Sr, Ba, Pb）体系光学性质的计算
• 4.1 引言
• 4.1.1 光学性质计算模块OPTIC
• 4.1.2 晶体光学性质的各向异性
• 4.2 光学性质的计算
• 2O₆ 体系的光学性质'>4.2.1 CaSb₂O₆体系的光学性质
• 2O₆ （M=Ca, Sr, Ba）三个体系的光学性质的比较'>4.2.2 MSb₂O₆ （M=Ca, Sr, Ba）三个体系的光学性质的比较
• 2O₆ 体系电子结构和光学性质的计算'>4.2.3 PbSb₂O₆体系电子结构和光学性质的计算
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢