本文關(guān)鍵詞：摻雜鈮酸鋰晶體的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)研究

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【摘要】：鈮酸鋰晶體是一種在諸多領(lǐng)域都具有重要技術(shù)應(yīng)用的光折變材料,尤其在光學(xué)體全息存儲(chǔ)方面表現(xiàn)出非常優(yōu)越的性能,被認(rèn)為是光存儲(chǔ)介質(zhì)的首選材料之一。長(zhǎng)期以來(lái),研究人員從實(shí)驗(yàn)上對(duì)其結(jié)構(gòu)、性能及各種摻雜特性的研究表明,鈮酸鋰晶體類(lèi)似于鈦鐵礦型結(jié)構(gòu),內(nèi)部存在相當(dāng)數(shù)量的本征缺陷結(jié)構(gòu),這使得晶體中能夠引入多種雜質(zhì)離子從而拓展了它在各個(gè)方面的實(shí)際應(yīng)用。本文通過(guò)理論計(jì)算的手段,利用基于密度泛函理論的第一性原理,對(duì)所建立的各類(lèi)摻雜鈮酸鋰晶體的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的進(jìn)行研究,結(jié)果表明:1.摻Fe鈮酸鋰晶體禁帶內(nèi)出現(xiàn)的雜質(zhì)能級(jí)由Fe3d軌道和O2p軌道貢獻(xiàn),禁帶寬度為2.845eV,該雜質(zhì)能級(jí)使得晶體在可見(jiàn)光區(qū)出現(xiàn)了光吸收。對(duì)于Mg、Fe共摻體系,Mg的濃度小于或等于閾值時(shí)禁帶寬度分別為2.901eV和2.805eV。摻Fe鈮酸鋰晶體的吸收譜在539nm和477nm處分別出現(xiàn)一個(gè)吸收峰,其強(qiáng)度因Mg的濃度不同而發(fā)生變化。不同濃度的Mg對(duì)晶體內(nèi)Fe~(2+)和Fe~(3+)的濃度以及占位產(chǎn)生了不同的影響。分析認(rèn)為光電子的形成不應(yīng)單獨(dú)考慮Fe的軌道電子態(tài)和c_(Fe~(2+))/c_(Fe~(3+))的濃度比,而應(yīng)同時(shí)考慮與Fe成鍵的O2p軌道電子態(tài)的影響。2.Cu、Fe單摻雜體系禁帶內(nèi)均產(chǎn)生了雜質(zhì)能級(jí),主要由Cu3d、Fe3d軌道及O2p軌道貢獻(xiàn)。共摻體系禁帶出現(xiàn)了雙能級(jí)結(jié)構(gòu),深能級(jí)由Cu3d和O2p軌道貢獻(xiàn),淺能級(jí)由Fe3d和O2p軌道貢獻(xiàn)。Cu、Fe單摻和共摻體系帶隙依次縮小,在可見(jiàn)光區(qū)的光吸收明顯增強(qiáng)。共摻雜體系在445nm和630nm左右分別表現(xiàn)出一個(gè)寬吸收峰,比單摻雜體系表現(xiàn)出更優(yōu)越的光吸收特性。分析認(rèn)為Fe占鈮位比Fe占鋰位的雙摻雜鈮酸鋰晶體在雙光存儲(chǔ)應(yīng)用中更有優(yōu)勢(shì),并且c_(Fe~(2+))/c_(Fe~(3+))值的適當(dāng)降低有助于這種優(yōu)勢(shì)的形成。3.Ce,Cu單摻雜體系禁帶內(nèi)均產(chǎn)生了雜質(zhì)能級(jí),主要由Ce4f、Cu3d軌道及O2p軌道貢獻(xiàn)。對(duì)于Ce\Cu雙摻體系,禁帶內(nèi)出現(xiàn)了深淺不一的雙能級(jí)結(jié)構(gòu),其中,Ce提供淺能級(jí),Cu提供深能級(jí),雜質(zhì)能級(jí)在禁帶內(nèi)相對(duì)價(jià)帶頂?shù)哪芟斗謩e為0.45eV和2.41eV。這種雙能級(jí)結(jié)構(gòu)為Ce\Cu雙摻LiNbO_3晶體的全息存儲(chǔ)應(yīng)用提供了可能。
【關(guān)鍵詞】：鈮酸鋰晶體 第一性原理 摻雜 電子結(jié)構(gòu) 光學(xué)性質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O734
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題背景及意義10-11
• 1.2 LN晶體在全息存儲(chǔ)方面的研究進(jìn)展11-13
• 1.3 LN晶體的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)13-16
• 1.3.1 LN晶體的基本結(jié)構(gòu)13-14
• 1.3.2 LN晶體的摻雜特性14-16
• 1.4 課題主要研究?jī)?nèi)容16-17
• 第2章 計(jì)算理論簡(jiǎn)介17-25
• 2.1 第一性原理17
• 2.2 密度泛函理論17-23
• 2.2.1 Thomas-Fermi模型18-19
• 2.2.2 Hohenberg-Kohn定理19-21
• 2.2.3 Kohn-Sham方程21
• 2.2.4 交換關(guān)聯(lián)泛函21-23
• 2.3 CASTEP簡(jiǎn)介23-25
• 第3章 鐵鎂摻雜LN晶體的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)25-34
• 3.1 Fe、Mg摻雜LN晶體模型的建立及結(jié)構(gòu)優(yōu)化25-29
• 3.1.1 LN晶體模型的建立25-26
• 3.1.2 Fe、Mg摻雜LN晶體模型的建立26-28
• 3.1.3 計(jì)算方法和幾何優(yōu)化28-29
• 3.2 計(jì)算結(jié)果和討論29-33
• 3.2.1 LN及Fe、Mg摻雜LN晶體電子結(jié)構(gòu)29-32
• 3.2.2 LN及Fe、Mg摻雜LN晶體光學(xué)性質(zhì)32-33
• 3.3 本章小結(jié)33-34
• 第4章 銅鐵摻雜LN晶體的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)34-42
• 4.1 Cu、Fe摻雜LN晶體模型的建立及結(jié)構(gòu)優(yōu)化34-37
• 4.1.1 Cu、Fe摻雜LN晶體模型的建立34-35
• 4.1.2 計(jì)算方法和幾何優(yōu)化35-37
• 4.2 計(jì)算結(jié)果和討論37-41
• 4.2.1 Cu、Fe摻雜LN晶體電子結(jié)構(gòu)37-39
• 4.2.2 Cu、Fe摻雜LN晶體光學(xué)性質(zhì)39-41
• 4.3 本章小結(jié)41-42
• 第5章 鈰銅摻雜LN晶體的電子結(jié)構(gòu)42-46
• 5.1 Ce、Cu摻雜LN晶體模型的建立及結(jié)構(gòu)優(yōu)化42-44
• 5.1.1 Ce、Cu摻雜LN晶體模型的建立42-43
• 5.1.2 計(jì)算方法和幾何優(yōu)化43-44
• 5.2 計(jì)算結(jié)果和討論44-45
• 5.3 本章小結(jié)45-46
• 第6章 結(jié)論與展望46-47
• 6.1 本文結(jié)論46
• 6.2 本文存在的不足46
• 6.3 未來(lái)工作的展望46-47
• 參考文獻(xiàn)47-53
• 致謝53-54
• 碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文54

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