Cr,Mo,W,Mg和Sr摻雜CaF2體系的第一性原理研究.pdf

1、CaF2摻入堿土金屬或過渡金屬離子后，體系的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)會發(fā)生變化，且擁有不同于純CaF2晶體的新特性，這是由于摻雜體系的帶隙發(fā)生變化且生成新的摻雜能級造成的。近年來對CaF2摻入Cr,Mo，W，Mg和Sr體系的實驗和理論研究相對較少。
　　本文利用第一性原理超軟贗勢方法，探測了CaF2和Ca7XF16（X代表Cr，Mo，W，Mg及Sr原子，摻雜濃度為12.5％）摻雜體系的能帶結(jié)構(gòu)、總態(tài)密度、分波態(tài)密度及復(fù)介電函數(shù)、吸收系數(shù)

2、、折射率、反射率和損失函數(shù)等一系列光學(xué)性質(zhì)。為了更利于摻雜體系與CaF2晶體間進行對照分析，我們把CaF2晶體的相關(guān)特性與摻雜體系的計算結(jié)果整合在一起。
　　首先，研究了CaF2晶體的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，計算結(jié)果與實驗參考進行對照從而驗證了我們計算的準(zhǔn)確可靠性。
　　其次，構(gòu)建出Ca7MgF16、Ca7SrF16摻雜模型，對摻雜體系進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，接著相繼計算了體系的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。摻雜體系的理論計算結(jié)果與CaF2晶體進行

3、對照，我們發(fā)現(xiàn)摻雜體系的帶隙變窄且在價帶區(qū)生成新的態(tài)密度峰，費米能級處出現(xiàn)F與Mg、Sr原子間軌道雜化加強現(xiàn)象。另外，摻雜體系僅具有介電特性，大幅度削弱了對紫外光的吸收強度，Ca7SrF16體系在25.44eV處還生成新的弱吸收峰。此外，摻雜體系降低了對紫外光的消光強度且提高了對紫外光的透過率，同時摻雜體系的反射譜峰和損失函數(shù)峰均移向低能級方向且峰值顯著降低。
　　最后，構(gòu)建了Ca7CrF16、Ca7MoF16和Ca7WF16模型

4、，對摻雜體系實施最優(yōu)化處理，然后計算出體系電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。摻雜體系的理論計算結(jié)果與CaF2晶體進行對比，結(jié)果顯示摻雜體系的帶隙變窄，由于Cr,Mo，W原子d態(tài)能級的貢獻形成新的摻雜能級。摻雜體系只顯示出介電特性，它們的吸收峰均發(fā)生紅移，且在紫外光區(qū)的吸收強度大幅度減小。此外，摻雜體系在紫外區(qū)的折射指數(shù)和消光系數(shù)均發(fā)生紅移且峰值顯著降低，這表明三種體系對紫外光的透光范圍增寬且透過率增大。CaF2晶體摻入Cr，Mo和W原子后體系大幅度削