bi2se3拓?fù)浣^緣體材料的電子結(jié)構(gòu)研究(編輯修改稿)
2025-07-22 01:48 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 方法的從頭算量子力學(xué)程序. 利用總能量平面波贗勢方法, 將離子勢用贗勢替代,電子波函數(shù)通過平面波基組展開, 電子電子相互作用的交換和相關(guān)勢由局域密度近似(LDA)或廣義梯度近似(GGA)進行校正,它是目前較為準(zhǔn)確的電子結(jié)構(gòu)計算的理論方法密度泛函理論中,單電子運動的薛定諤方程可以表示為(原子單位) ， 其中Zq為核電荷， 為單電子波函數(shù),為本征態(tài)的電子占據(jù)數(shù),(r)為多電子密度. (1)式中第一項代表體系中有效電子動能。第二項代表原子核對電子的吸引能,其具體形式采用規(guī)范保持贗勢(normconserving pseudopotentials)表達。第三項是電子之間的庫侖能。第四項是交換和相關(guān)能, 其具體形式可由局域密度近似和廣義梯度近似等表示. 在模擬過程中,采用周期性邊界條件,單電子軌道波函數(shù)滿足布洛赫(Bloch)定理,采用平面波基組展開為 其中 g 為原胞的倒格矢, k 為第一布里淵區(qū)的波矢,是單電子軌道波函數(shù)的傅里葉級數(shù). 計算用的晶格常數(shù)為實驗值, 計算采用了贗勢平面波方法.2 計算結(jié)果與討論計算中，取Bi2Se3材料晶格常數(shù)的實驗值: a=, b=, c= 且 α =β =γ = 90176。，本文計算了Bi2Se3的總態(tài)密度, Se原子和Bi原子的分波態(tài)密度 ( Se和Bi原子的s態(tài)和p態(tài)以及這些態(tài)疊加的總能量 )和能帶結(jié)構(gòu). 晶胞模型優(yōu)化為得到體系近對原胞體積和總能量進行優(yōu)化計算，通過優(yōu)化這些不同原胞體積下體系的總能量，根據(jù)能量最優(yōu)原理，得出了Bi2Se3的晶格常數(shù)a、b和c，如下表1所示. 從表中可看出，幾何優(yōu)化后得到的理論晶胞參數(shù)與實驗值非常接近, %~%. 表1 Bi2Se3 正交結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的晶格常數(shù) 物理參量實驗值優(yōu)化值誤差a/nm%b/nm4. 090%c/nm% 2. 2 態(tài)密度 圖2 Bi2Se3總電子態(tài)密度 圖3 Bi原子的電子態(tài)密度 圖4 Se原子電子態(tài)密度圖24中豎直虛線標(biāo)注為費米能級，置于能量零點，其中圖2為Bi2Se3電子總態(tài)密度，圖3和圖4分別為Bi原子和Se原子的各亞層電子的能態(tài)密度. 對于總態(tài)密度，單位是electrons/(celleV)，對于各亞層電子的能態(tài)密度，單位是electrons/(atomeV). 從圖2可以看出，在?5 ~ ?1eV的能量范圍，Bi2Se3的態(tài)密度主要由Bi原子的6p態(tài)電子和Se原子的4p態(tài)電子構(gòu)成，Bi原子的6s態(tài)電子和
醫(yī)療健康相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1