文档介绍：凝聚态物理前沿
学院：物理科学与技术学院
专业：物理学
学号：31246014
姓名：乌日勒
导师：赵国军教授
一、 报告题目：第一性原理研究ZnS电子结构及能带结构
二、 研究的背景悬为
随着科学发展人仰捐导体材料的理论与实验研究都^得了很大进步。ZnS 以其优良的压电、载流子传输和光催化特性在催化器、传感器、发光二极管、太 阳能电池以及紫夕K颔稀件等方面显示出巨大的发展潜^ "乜在ZnS中榻琪 他原子可调节它的电学、光W瓣特眦而相具有更广泛的应M。自上昵己 90年俸以来 人们从实验和理论方曲寸ZnS及其掺杂进行了大量IR究。在实 谿政方面Bhargava等1994⑶年首费睫了 Mn掺ZnS的材料量子效率比单纯 ZnS提高了 18% ,这个发现为ZnS掺杂材料的研究开辟了新的道路。1999年 Murase等可采M水溶棚蜻!Mt临出ZnS： Mn量子点，获得了峰｛立在430nm和 590nm的蓝光及红光发射。2006年Dalpian等****人发现ZnS晶体体积越小，杂质 官级越深，缺所需官僵越大，爵越苦难。而在理论研究方面1998年张志鹏、 沈耀文等人⑹讨算出Cu不同价刮ZnS中Cu发光中心的影响,发现Cu的3d态 官级靠近价带顶。2010年Korozlu小组⑺首次报道了用第一性H理H算ZnS掺 Cd的三元混晶的能带并指出随球浓度的增大带帷斩变小。2011年张等人⑻ 对啄勺ZnS做了第得出纯闪W ZnS没有审祀嘏 稳定,但;本系中两种钢的稳定恤「致。而高了体系 的光?吸收效率,为布临高效太阳能电池提供了新材料。本文M密度泛®理论第 T修理平面波法对闪锌矿ZnS的电子结构及能带进行H算
三、第一性原理计算方法介绍
第一性原理计算指的是从所要研究材料的原子组出发，运用量子 力学及其它物理规律通过自洽计算来确定材料的几何结构、电子结构、
光孕性质及热学性质的方法。第一性原理计算的基本思想是：将多原子构 成的实际体系理解成只有电子和原子核组成的多粒子体系。它按照如 下几个基本假设把问题简化了 O首先利用绝热近似(波恩-奥本海默近 似)把多粒子问题简化为多电子问题，我们都知道原子中原子核质量 远大于电子质量，因此其速度比电子速度慢很多，所以在研究某一瞬 间电子结构时可以忽略原子核的速度，即认为原子核不动从而把多粒 子问题简化成了多电子问题。通过绝热近似虽然把多粒子问题简化 了，但是固体有很多原子组成，原子又有原子核及电子组成，因此这 些电子-原子核、电子-电子间都存在相互作用。因此描述电子运动的 方程需要进一步简化，简化方法有两种：一是单电子近似 (Hatree-fock近似)指的事当考虑单电子的问题时我们可以将体系 中其他电子对这个单电子的作用近似看成一个不随时间变化的平均 场，最后用自洽迭代法求解单电子方程得到了体系的基态和其他性 质。但此方法没能考虑自旋反平行的电子间的交换能。而密度泛函理 论很好的考虑了所有电子间的交换关联能，从而使计算结果更精确严 谨成为了材料科学中一个非常重要的计算方法⑼。密度泛函理论是 Hohenberg和Kohn提出的以电子密度分布作为基本变量来描述多粒 子体系基态性质新理论。它主要是建立在以下两个著名的定理之上：
Hohenberg - Kohn 定理
定理1：对于一个共同的外部势V(r),相互