有序α-(Ga1-xFex)2O3結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的第一性原理研究.pdf

1、　　本文采用了基于密度泛函理論的第一性原理計算方法,對 (Ga1-xFex)2O3系列晶體的晶體結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)進行研究。以(Ga1-xFex)2O3晶格參量的實驗值作為參考,建立了晶胞結(jié)構(gòu),采用 GGA+U 方案,對 α-Ga2O3、α-Fe2O3、GaFeO3-A、GaFeO3-B、α-(Ga1/4Fe3/4)2O3、α-(Ga3/4Fe1/4)2O3和GaFeO3-C晶體進行幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化。以優(yōu)化后的晶體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),對晶體的

2、總能量、電子性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)進行計算研究和對比分析,獲得的主要結(jié)論如下：
　　七種晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的晶格參量與實驗值相符合。α-Fe2O3、GaFeO3-A、GaFeO3-B、GaFeO3-C、α-(Ga1/4Fe3/4)2O3和α-(Ga3/4Fe1/4)2O3晶體的反鐵磁態(tài)(AFM)比鐵磁態(tài)(FM)更穩(wěn)定；GaFeO3-A、GaFeO3-B 和 GaFeO3-C 中 GaFeO3-A 的總能量最低,穩(wěn)定性最好。GaFeO3-C

3、是直接帶隙半導(dǎo)體；而α-Ga2O3、α-Fe2O3、GaFeO3-A、GaFeO3-B、α-(Ga3/4Fe1/4)2O3和 α-(Ga1/4Fe3/4)2O3 均是間接帶隙半導(dǎo)體。剛玉型的 α-Ga2O3、α-Fe2O3、GaFeO3-A 和GaFeO3-B的吸收系數(shù)、光電導(dǎo)率和復(fù)介電函數(shù)在(100)、(010) 和(001)三個方向的曲線幾乎完全相同；而鈣鈦礦型GaFeO3則不同,為各向異性。α-Ga2O3晶體在可見光范圍沒有吸收,

4、完整的α-Ga2O3晶體應(yīng)該為透明晶體；α-Fe2O3、GaFeO3-A、GaFeO3-B和 GaFeO3-C晶體在可見光下都有一定的吸收,會有一定量電子-空穴對產(chǎn)生；這五種晶體在可見光光吸收范圍不同,Fe 含量越多則在可見光的吸收范圍越大；鈣鈦礦型 GaFeO3比剛玉型 GaFeO3可見光吸收范圍要大。五種晶體光電導(dǎo)的實部σ1最大值按從大到小順序排列如下：α-Ga2O3、GaFeO3-C、GaFeO3-A、GaFeO3-B 和 α-F