中小尺寸(CdS)_n和(CdTe)_n团簇结构与电子性质的第一性原理研究

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在过去的几十年中,半导体团簇不仅由于其在基础研究领域的重要性,而且由于其在微电子和光电子领域的潜在应用价值,一直是团簇研究领域的热点之一。近年来,特别是II~VI族半导体(CdS、CdSe、CdTe和HgTe等)团簇及其相对应的量子点,由于在可调谐发光器件(LED)和量子点激光等方面的应用前景诱人而受到高度重视。到目前为止,基于第一性原理对CdS和CdTe团簇基态结构和电子性质的研究不是很多,因此,继续开展这方面的研究对我们充分认识II~VI族半导体团簇结构与性质是十分必要的。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法(DMOL3程序),在广义梯度近似(GGA)下,计算了中小尺寸II~VI族(CdS)n和(CdTe)n (1≤n≤11)半导体团簇的基态几何结构、结合能、能隙及热力学性质等。为了便于比较分析,同时也采用局域密度近似(LDA)进行计算,得到以下主要结论:(1)对(CdSe)n (1≤n≤8)团簇的计算和M.C.Troparevsky等人应用LDA近似、X.Q.Wang等人应用CASTEP程序计算的结果吻合得很好;对(HgTe)n (1≤n≤8)团簇的计算结果与CASTEP程序计算所得亦基本吻合,这说明我们的计算方案是可行的。(2) 1≤n≤11内,(CdS)n团簇的结合能随尺寸的增加而增大,团簇尺寸比较小时,变化较快,随着尺寸的继续增大,变化趋于平缓,结构相对稳定。且在1≤n≤8时,我们应用LDA和GGA计算得到结合能、能隙与M.C.Troparevsky等人得到曲线的变化趋势基本一致。(CdS)n团簇的结合能在n为3和6时有局域极大,n为5和8时有局域极小;能隙在n为5和8时较相邻团簇小,n为3和6时较相邻团簇大。(3) 1≤n≤11内,(CdTe)n团簇的结合能随尺寸的增加而增大,尺寸较小时,结合能明显随之变大,在n为3时有局域极大值,n为4时有回落,随后结合能又呈增大趋势,并在n为6时有一极大值出现,n为8时有极小值,随着尺寸的进一步增大,变化幅度相对缓慢,结构相对稳定。(CdTe)n团簇的能隙在n为4和6较大,5和8较小。对(CdTe)n团簇这方面的研究,目前尚未见有类似的报道。(CdTe)n团簇的结合能、能隙随尺寸的变化与(CdS)n团簇相比存在着一定的差异,构成两种团簇的原子(如S和Te)自身性质的一些差异是导致其性质差异的一个原因。
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