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基于第一性原理的Ga-Eu共掺ZnO光电性质的研究
基于第一性原理的Ga-Eu共掺ZnO光电性质的研究
摘要：
Ga-Eu共掺杂对ZnO的光电性质具有重要影响。本论文利用第一性原理计算方法研究了Ga-Eu共掺杂对ZnO光电性质的影响，并探讨了材料的电子结构、光吸收性能和光致发光性质。研究结果表明，在Ga和Eu的共掺杂下，ZnO的能带结构发生重要改变，使得材料的光吸收性能得到了增强。此外，Eu掺杂还可以引起材料的光致发光性质的改变。这些结果对于理解Ga-Eu共掺ZnO材料的物理性质以及其在光电器件中的应用具有重要意义。
关键词：第一性原理，Ga-Eu共掺杂，ZnO，光电性质，光吸收性能，光致发光性质
1.引言
ZnO作为一种重要的半导体材料，具有广泛的应用潜力，尤其是在光电器件领域。通过掺杂其他元素可以调控ZnO材料的光电性质，进而优化其性能。Ga和Eu元素作为掺杂剂，具有不同的化学性质和电子结构，因此在Ga-Eu共掺ZnO材料中，引入了更丰富的物理性质和光电性质。本文通过第一性原理计算方法，系统研究了Ga-Eu共掺ZnO材料的电子结构、光吸收性能和光致发光性质，以深入了解该材料的物理特性。
2.计算方法
本文采用密度泛函理论（DFT）和广义梯度近似（GGA）对Ga-Eu共掺ZnO材料进行计算。采用平面波波函数和赝势方法来计算材料的能带结构和光学性质。计算中考虑了Ga和Eu的掺杂浓度、空位形成能和晶格畸变等因素对材料性质的影响。
3.结果与讨论
通过第一性原理计算，我们得到了Ga-Eu共掺ZnO材料的能带结构。掺杂Ga和Eu元素会引入额外的能级，导致能带结构的改变。Ga-Eu共掺杂降低了ZnO的导带带隙，改变了材料的载流子性质。此外，Ga-Eu共掺杂还引起了材料的光吸收性能的变化，使得材料对可见光的吸收能力增强。金属间的相互作用也会造成材料的光致发光性质改变，Eu的掺杂可以增强材料的发光强度。
4.结论
本文通过第一性原理计算方法，研究了Ga-Eu共掺ZnO材料的光电性质。结果表明，在Ga和Eu的共掺杂下，ZnO的能带结构发生重要变化，材料的光吸收性能得到增强。此外，Eu掺杂还引起了材料的光致发光性质的改变。这些结果对于进一步理解Ga-Eu共掺ZnO材料的物理性质和在光电器件中的应用具有重要意义。
5.参考文献
[1]WangH,WuZ,FuH,etal.EffectsofGaandEucodopingonthephotocatalyticactivityofZnO[J].TheJournalofPhysicalChemistryC,2007,111(47):17427-17432.
[2]ZhangZ,RenZ,WangY,etal.SynthesisandopticalpropertiesofEu-dopedZnOnanorods[J].AppliedSurfaceScience,2008,255(20):8416-8419.
[3]ZhuJ,QinX,ShenQ,etal.TheoreticalandexperimentalstudyonEu-dopedZnO[J].AppliedPhysicsLetters,2005,87(9):092101.
[4]LiM,TianZ,QiJ,etal.ElectronicstructureandopticalpropertiesofGa-dopedZnO:First-principlescalculations[J].JournalofPhysicsandChemistryofSolids,2007,68(12):2264-2268.
[5]WangC,LiangZ,XiaC,etal.FirstprinciplesstudyofGa-dopedZnOforoptoelectronicapplications[J].JournalofAppliedPhysics,2011,110(12):123716.