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Bi掺杂ZnO纳米线的表面修饰：缺陷能量的密度泛函超胞计算

DOI：10.1103/PhysRevB.99.045412 期刊：Physical Review B 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 采用基于密度泛函与杂化泛函的超胞方法计算了多种厚度Bi原子表面掺杂ZnO纳米线的电学特性。通过研究带电与中性超胞总能量差随超胞尺寸的变化规律，作者建立了外推方法以获取稀缺陷极限下的可靠缺陷能数据。计算表明：虽然Bi替代Zn或O位点在适当热力学条件下可自发发生，但占据Zn位点更为常见。通过参数化分析了缺陷（电荷态）转变能与纳米线厚度的函数关系，发现Bi替代ZnO纳米线表面O位点（Zn位点）会形成深能级受主（浅能级施主）态（极薄纳米线除外）。由此得出结论：Bi在ZnO纳米线表面的掺杂将导致n型导电特性。
作者： Mehmet Aras，?etin K?l??
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为了从尺寸依赖性的角度理论上表征表面掺杂ZnO:Bi纳米线的电学特性，特别是确定Bi的掺入是导致n型还是p型掺杂。

研究成果

将铋掺入氧化锌纳米线表面会导致n型掺杂，其中铋取代锌位点形成浅施主，而铋取代氧位点则形成深受主。缺陷形成能表明在适宜条件下会发生自发取代，且BiZn缺陷更为常见。该发现得到了跃迁能量尺寸依赖性参数化的支持。

研究不足

该研究依赖于计算模型，这些模型可能存在近似问题（例如半局域密度泛函理论中带隙的低估）。外推过程采用特定函数形式，可能无法涵盖所有物理效应。研究未包含实验验证，且仅关注表面掺杂，未全面考虑体材料或其他缺陷类型。

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