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应用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了不同压力下岩盐矿(RS)结构和闪锌矿(ZB)结构MgS和MgSe晶体的电子结构、弹性性质和光学性质,所得结果表明:
零压下RS结构的MgS和MgSe比ZB结构的MgS和MgSe具有更低的能量。随着压力增加,原子间的键长变短、电荷转移增多、费米能级上下的电子态密度峰位置分别向高、低能级方向移动,同时电子态密度谱展宽、峰值降低,并且态密度的峰发生劈裂。此外,压力使两种结构的MgS和MgSe的能带结构发生变化,禁带宽度变小;ZB结构的MgS和MgSe由直接带型半导体变为间接型带隙半导体,转变压力分别在5GPa、10GPa附近。
计算所得的两种结构的MgS、MgSe的弹性常数与其他的理论计算符合较好。利用所得的弹性常数以及经验判据,对两种结构的MgS和MgSe的延脆性进行估算。结果表明,RS结构的MgS和MgSe的延展性优于ZB结构的MgS和MgSe,ZB结构的MgS和MgSe呈现出较大的脆性。
两种结构的MgS和MgSe对红外线和可见光的反射率和吸收率较小。在压力下,介电函数、光吸收谱、折射率色散曲线以及电子能量损失谱峰的位置均发生一定程度的蓝移;两种结构的MgS、MgSe的吸光收系数增大,吸收谱呈更加丰富的结构。
此外,本文应用密度泛函扰动理论研究了两种结构的MgS和MgSe声子晶格动力学性质并得到了两种结构MgS和MgSe晶体的热容和线膨胀系数。