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纳米尺度ZnO:Ni薄膜的结构、力学、电子及光学行为的从头算比较研究

DOI：10.1016/j.cjph.2018.12.012 期刊：Chinese Journal of Physics 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 采用第一性原理方法研究了纤锌矿相纳米尺度非掺杂及镍掺杂氧化锌薄膜的电子与光学特性。通过全势线性缀加平面波方法运用密度泛函理论计算了薄膜的基本性质。研究发现镍掺杂会降低材料的带隙值。此外还评估了电子态密度有效质量，结果表明导带底电子有效质量随镍掺杂浓度增加而增大。观测到纳米尺度薄膜在紫外-可见光区的反射率降低。镍替代掺杂使特征峰强度减弱，并在吸收峰处出现红移现象。同时静态介电常数和静态折射率随镍含量增加而减小。研究还对模拟化合物的能量损失函数进行了评估。所有计算参数均与现有实验数据及其他理论结果进行了对比验证。
作者： Ali Abdolahzadeh Ziabari，S.J. Mousavi，M.H. Ahmadi
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究镍掺杂对纳米尺度ZnO薄膜结构、力学、电子及光学性质的影响。

研究成果

氧化锌薄膜中掺杂镍元素可增强弹性刚度、减小带隙、增大电子有效质量、降低介电常数与折射率，导致吸收峰红移并减少紫外-可见光区域的反射率。该结构具有力学稳定性，研究结果与现有实验数据相符，证实了镍掺杂氧化锌在光电子学应用中的可行性。

研究不足

该研究基于采用密度泛函理论（DFT）的计算模拟，其交换关联泛函可能存在影响精度的近似处理。模型假设T=0 K和P=0 GPa的理想条件，未考虑温度或压力效应。实验验证仅通过与文献数据对比实现，未生成新的实验数据。研究聚焦纳米级薄膜，可能无法完全代表块体材料或其他纳米结构的行为特征。

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