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基于第一性原理的In掺杂纤锌矿ZnO光电性质研究的中期报告
1.绪论
纤锌矿ZnO因其优异的光电性质，被广泛应用于光电领域。In掺杂是一种有效的提高ZnO光电性能的方法。然而，目前对于In掺杂纤锌矿ZnO的光电性质研究仍然较少。本研究采用第一性原理方法，研究了In掺杂纤锌矿ZnO的结构、能带结构、光吸收和电荷分布等性质，旨在为其应用于光电器件提供理论基础。
2.理论方法
在本研究中，我们使用基于密度泛函理论的平面波赝势方法进行计算。我们使用了几种赝势和局限平面波（PAW）赝势，以确保计算结果的准确性。我们采用了超胞模拟来模拟In掺杂ZnO的晶体结构。计算的总能量和分子动力学模拟表明，我们得到了足够大的超胞和充分长的模拟时间来获得可靠的计算结果。
3.结果与讨论
我们计算了纯ZnO和In掺杂ZnO的结构和能带结构。结果表明，掺杂了In的纤锌矿ZnO比纯ZnO具有更小的晶格常数和更大的晶胞体积，并且在费米能级的较低能量区域存在一些新的带隙。这表明In掺杂导致了空穴态和杂质能级的形成，从而改变了ZnO的光电性质。
我们也计算了In掺杂ZnO的光吸收系数和电荷分布。结果表明，In掺杂导致了ZnO的光吸收能力的增强，并且In原子的掺杂使ZnO的空穴态迁移到了费米能级附近，从而增强了光学吸收。此外，我们还发现In原子掺杂后，ZnO中的电荷分布发生了明显的变化，电荷密度在In原子周围增加。
4.结论
本研究使用第一性原理方法研究了In掺杂纤锌矿ZnO的光电性质。结果表明，In掺杂导致了ZnO的晶格常数和晶胞体积的变化，并形成了新的空穴态和杂质能级，从而改变了ZnO的光学吸收特性。通过电荷密度分析，我们还发现，In原子掺杂导致了ZnO中电荷密度的变化。这些发现有助于更好地理解In掺杂对ZnO光电性质的影响，并为其在光电器件中的应用提供理论基础。