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基于第一性原理计算的CaF2:Eu3+电子结构与发光机制研究

DOI：10.1016/j.ijleo.2018.12.173 期刊：Optik 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:22:29
摘要： 在本研究中，我们基于密度泛函理论（DFT）计算了掺Eu3?离子的CaF?晶体的结构、电子和光学性质的模型结果。通过固定自旋磁矩分别为6μB和4μB，该研究涵盖了所考虑材料的基态和激发态。Eu3?掺杂引发了其最近邻原子的微小位移，通过计算的电荷密度和磁矩证实了Eu3?离子的存在。研究发现CaF?禁带中存在属于4f轨道的部分电子态，利用电子性质计算揭示了Eu3?的一个4f电子因激发产生自旋翻转的现象。论文计算了CaF?:Eu3?的吸收光谱并与纯CaF?进行了对比，最终基于获得的光学和物理性质提出了可能的发光机制。
作者： D.M. Hoat，J.F. Rivas Silva，A. Méndez Blas
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为研究CaF2:Eu3+电子与光致发光性能的关系以优化其实际应用，采用基于密度泛函理论的第一性原理计算。

研究成果

FP-LAPW方法有效模拟了CaF?:Eu3?的结构、电子和光学特性。Eu3?掺杂导致原子位移并在带隙中引入4f态。发光机制涉及具有自旋翻转的4f电子激发与弛豫，但预测的发射波长比实验值更短。该研究为理解和优化CaF?:Eu3?的应用提供了理论基础。

研究不足

该模型为化学计量模型，可能无法完全体现掺杂体系中的电荷补偿机制。计算得出的发射能量与实验结果存在偏差（例如421纳米对比580-620纳米），表明其在精确预测发光波长方面存在局限性。本研究属于理论研究，缺乏实验验证。

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