搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

外电场作用下ZnO分子的结构特性研究

安跃华 熊必涛 邢云 申婧翔 李培刚 朱志艳 唐为华

引用本文:
Citation:

外电场作用下ZnO分子的结构特性研究

安跃华, 熊必涛, 邢云, 申婧翔, 李培刚, 朱志艳, 唐为华

Structural properties of ZnO molecules under an external electric field

An Yue-Hua, Xiong Bi-Tao, Xing Yun, Shen Jing-Xiang, Li Pei-Gang, Zhu Zhi-Yan, Tang Wei-Hua
PDF
导出引用
  • 本文以6-311++g(d,p)为基组, 采用密度泛函理论的B3P86方法优化得到了ZnO分子的基态稳定构型, 并计算了不同外电场(-0.050.05a.u.)下ZnO基态分子的稳定电子结构, 研究外电场对ZnO基态分子键长、总能量、电荷分布、能级分布、能隙及红外光谱的影响. 结果表明: 外加电场的大小和方向对分子结构和电子特性均有明显影响. 随着正向外加电场的增加, ZnO基态分子的平衡键长先减小后增加, 而分子总能量、振动频率和红外光谱的强度均先增加后减小. 分子的最高占据轨道能量EH、最低未占据轨道能量EL和能隙Eg始终处于减小趋势, 因而占据轨道的电子更容易被激发至空轨道. 这一结果可为ZnO分子的电致发光机理研究提供一定的理论参考.
    Based on the equilibrium structure obtained, the ground states of ZnO molecule under external electric fields ranging from -0.05 to 0.05 a.u. were optimized using the density functional theory B3P86 at 6-311++g(d,p) level. Effects of electric fields on the bond length, total energy, charge distribution, energy levels, HOMO-LUMO gap and the infrared spectrum of the ground states of ZnO molecule have been investigated systematically. The results show that the molecular geometry and electronic properties were dependent on the magnitude and direction of the external electric field considerebly. With the increase of electric field along the molecular axis O-Zn, the equilibrium bond length first decreased and then increased, while the total energy, the harmonic frequency and infrared spectrum first increased and then decreased. But the HOMO, LUMO energy levels and the energy gap decreased monotonically, indicateing that the molecule could be excited easily by a specific electric field. We think that the present results are useful for better understanding the physical mechanism underlying the electroluminescence properties of ZnO molecule.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51072182, 51172208, 11247314)、浙江省自然科学基金(批准号: Y1110519)、浙江省大学生科技创新活动计划(批准号: 2011R406062, 2012R406053)和浙江科技学院科研启动基金(批准号: F501108C01)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 51072182, 51172208, 11247314), the Natural Science Foundation of Zhejiang province, China (Grant No. Y1110519), the Zhejiang College Students' Science and Technology Innovation Program, China (Grant Nos. 2011R406062, 2012R406053), and the Science Foundation of Zhejiang University of Science and Technology, China (Grant No. F501108C01).
    [1]

    Iwamae A, Hishikawa A, Yamanouchi K 2000 J. Phys. B 33 223

    [2]

    Ellert C, Corkum P B 1999 Phys. Rev. A 59 3170

    [3]

    Ellert C, Stapelfeldt H, Constant E, Sakai H, Wright J, Rayner D M, Corkum P B 1998 Phil. Trans. R. Soc. Lond A 356 329

    [4]

    Ledingham K W D, Singhal R P, Smith D J, McCanny T, Graham P, Kilic H S, Peng W X, Wang S L, Langley A J, Taday P F, Kosmidis C 1998 J. Phys. Chem. A 102 3002

    [5]

    Walsh T D G, Strach L, Chin S L 1998 J. Phys. B 31 4853

    [6]

    Xu G L, Liu Y F, Sun J F, Zhang X Z, Zhu Z H 2007 Acta Phys. Sin. 56 5704 (in Chinese) [徐国亮, 刘玉芳, 孙金锋, 张现周, 朱正和 2007 56 5704]

    [7]

    Chen X J, Ma M Z, Luo S Z, Zhu Z H 2004 J. Atom. Mol. Phys. 21 19 (in Chinese) [陈晓军, 马美仲, 罗顺忠, 朱正和 2004 原子与分子 21 19]

    [8]

    He J Y, Long Z W, Long C Y, Cai S H 2010 Acta Phys. Sin. 59 1651 (in Chinese) [何建勇, 隆正文, 龙超云, 蔡绍洪 2010 59 1651]

    [9]

    Choopum S, Vispute R D, Noch W, Balsamo A, Sharma R P, Venkatesan T 1999 Appl. Phys. Lett. 75 3947

    [10]

    Bär M, Reichardt J, Grimm A, Kötschau I, Lauermann I, Rahne K, Sokoll S, LuxSteiner M C, Fischer Ch H, Weinhardt L, Umbach E, Heske C, Jung C, Niesen T P, Visbeck S 2005 J. Appl. Phys. 98 053702

    [11]

    Minami T 2008 Thin Solid Films 516 5822

    [12]

    He H B, Fan Z X 1998 Acta Opt. Sin. 18 1676 (in Chinese) [贺洪波, 范正修 1998 光学学报 18 1676]

    [13]

    Hong R J, Shao J D, He H B, Fan Z X 2005 Chin. Opt. Lett. 3 428

    [14]

    Peng X P, Yang Y H, Song C A, Wang Y Y 2004 Acta Opt. Sin. 24 1459 (in Chinese) [朋兴平, 杨映虎, 宋长安, 王印月 2004 光学学报 24 1459]

    [15]

    Tang B, Zhang Q, Luo Q, Liu Z H, Chen J Y 2012 Mater. Struct. 49 83 (in Chinese) [唐斌, 张强, 罗强, 刘忠华, 陈建勇 2012 材料与结构 49 83]

    [16]

    Wang L, liu Y, Xu G T, Li X Y, Dong Q M, Huang J, Liang P 2012 Acta Phys. Sin. 61 063103 (in Chinese) [王乐, 刘阳, 徐国堂, 李晓艳, 董前民, 黄杰, 梁培 2012 61 063103]

    [17]

    Gao X Q, Guo Z Y, Zhang Y F, Cao D X 2010 Chin. J. Lumin. 31 509 (in Chinese) [高小奇, 郭志友, 张宇飞, 曹东兴 2010 发光学报 31 509]

    [18]

    Kim J H, Li X, Wang L S 2001 J. Phys. Chem. A 105 5709

    [19]

    Wang Q Y, Xie A D, Zhu Z H 2006 J. At. Mol. Phys. 23 1065 (in Chinese) [王秋云, 谢安东, 朱正和 2006 原子与分子 23 1065]

    [20]

    Frisch M J, Trucks G W, Schleqel H B 2003 Gaussian 03, Revision B03. (Pittsburgh PA: Gaussian Inc.)

    [21]

    Jain A, Kumar V, Kawazoe Y 2006 Comp. Mater. Sci. 36 258

    [22]

    Feng J K, Li J, Wang Z Z 1990 Int. J. Quantum. Chem. 37 599

  • [1]

    Iwamae A, Hishikawa A, Yamanouchi K 2000 J. Phys. B 33 223

    [2]

    Ellert C, Corkum P B 1999 Phys. Rev. A 59 3170

    [3]

    Ellert C, Stapelfeldt H, Constant E, Sakai H, Wright J, Rayner D M, Corkum P B 1998 Phil. Trans. R. Soc. Lond A 356 329

    [4]

    Ledingham K W D, Singhal R P, Smith D J, McCanny T, Graham P, Kilic H S, Peng W X, Wang S L, Langley A J, Taday P F, Kosmidis C 1998 J. Phys. Chem. A 102 3002

    [5]

    Walsh T D G, Strach L, Chin S L 1998 J. Phys. B 31 4853

    [6]

    Xu G L, Liu Y F, Sun J F, Zhang X Z, Zhu Z H 2007 Acta Phys. Sin. 56 5704 (in Chinese) [徐国亮, 刘玉芳, 孙金锋, 张现周, 朱正和 2007 56 5704]

    [7]

    Chen X J, Ma M Z, Luo S Z, Zhu Z H 2004 J. Atom. Mol. Phys. 21 19 (in Chinese) [陈晓军, 马美仲, 罗顺忠, 朱正和 2004 原子与分子 21 19]

    [8]

    He J Y, Long Z W, Long C Y, Cai S H 2010 Acta Phys. Sin. 59 1651 (in Chinese) [何建勇, 隆正文, 龙超云, 蔡绍洪 2010 59 1651]

    [9]

    Choopum S, Vispute R D, Noch W, Balsamo A, Sharma R P, Venkatesan T 1999 Appl. Phys. Lett. 75 3947

    [10]

    Bär M, Reichardt J, Grimm A, Kötschau I, Lauermann I, Rahne K, Sokoll S, LuxSteiner M C, Fischer Ch H, Weinhardt L, Umbach E, Heske C, Jung C, Niesen T P, Visbeck S 2005 J. Appl. Phys. 98 053702

    [11]

    Minami T 2008 Thin Solid Films 516 5822

    [12]

    He H B, Fan Z X 1998 Acta Opt. Sin. 18 1676 (in Chinese) [贺洪波, 范正修 1998 光学学报 18 1676]

    [13]

    Hong R J, Shao J D, He H B, Fan Z X 2005 Chin. Opt. Lett. 3 428

    [14]

    Peng X P, Yang Y H, Song C A, Wang Y Y 2004 Acta Opt. Sin. 24 1459 (in Chinese) [朋兴平, 杨映虎, 宋长安, 王印月 2004 光学学报 24 1459]

    [15]

    Tang B, Zhang Q, Luo Q, Liu Z H, Chen J Y 2012 Mater. Struct. 49 83 (in Chinese) [唐斌, 张强, 罗强, 刘忠华, 陈建勇 2012 材料与结构 49 83]

    [16]

    Wang L, liu Y, Xu G T, Li X Y, Dong Q M, Huang J, Liang P 2012 Acta Phys. Sin. 61 063103 (in Chinese) [王乐, 刘阳, 徐国堂, 李晓艳, 董前民, 黄杰, 梁培 2012 61 063103]

    [17]

    Gao X Q, Guo Z Y, Zhang Y F, Cao D X 2010 Chin. J. Lumin. 31 509 (in Chinese) [高小奇, 郭志友, 张宇飞, 曹东兴 2010 发光学报 31 509]

    [18]

    Kim J H, Li X, Wang L S 2001 J. Phys. Chem. A 105 5709

    [19]

    Wang Q Y, Xie A D, Zhu Z H 2006 J. At. Mol. Phys. 23 1065 (in Chinese) [王秋云, 谢安东, 朱正和 2006 原子与分子 23 1065]

    [20]

    Frisch M J, Trucks G W, Schleqel H B 2003 Gaussian 03, Revision B03. (Pittsburgh PA: Gaussian Inc.)

    [21]

    Jain A, Kumar V, Kawazoe Y 2006 Comp. Mater. Sci. 36 258

    [22]

    Feng J K, Li J, Wang Z Z 1990 Int. J. Quantum. Chem. 37 599

  • [1] 李世雄, 陈德良, 张正平, 隆正文, 秦水介. 环形C18在外电场下的基态性质和激发特性.  , 2020, 69(10): 103101. doi: 10.7498/aps.69.20200268
    [2] 罗长维, 仇猛淋, 王广甫, 王庭顺, 赵国强, 华青松. 利用离子激发发光研究ZnO离子注入和退火处理的缺陷变化.  , 2020, 69(10): 102901. doi: 10.7498/aps.69.20200029
    [3] 李亚莎, 孙林翔, 周筱, 陈凯, 汪辉耀. 基于密度泛函理论的外电场下C5F10O的结构及其激发特性.  , 2020, 69(1): 013101. doi: 10.7498/aps.69.20191455
    [4] 张丽丽, 夏桐, 刘桂安, 雷博程, 赵旭才, 王少霞, 黄以能. 第一性原理方法研究N-Pr共掺杂ZnO的电子结构和光学性质.  , 2019, 68(1): 017401. doi: 10.7498/aps.68.20181531
    [5] 徐佳楠, 陈焕铭, 潘凤春, 林雪玲, 马治, 陈治鹏. 氧化锌掺钡的电子结构及其铁电性能研究.  , 2018, 67(10): 107701. doi: 10.7498/aps.67.20172263
    [6] 李世雄, 吴永刚, 令狐荣锋, 孙光宇, 张正平, 秦水介. ZnSe在外电场下的基态性质和激发特性研究.  , 2015, 64(4): 043101. doi: 10.7498/aps.64.043101
    [7] 曹欣伟, 任杨, 刘慧, 李姝丽. 强外电场作用下BN分子的结构与激发特性.  , 2014, 63(4): 043101. doi: 10.7498/aps.63.043101
    [8] 刘玮洁, 孙正昊, 黄宇欣, 冷静, 崔海宁. 不同价态稀土元素Yb掺杂ZnO的电子结构和光学性质.  , 2013, 62(12): 127101. doi: 10.7498/aps.62.127101
    [9] 李泓霖, 张仲, 吕英波, 黄金昭, 张英, 刘如喜. 第一性原理研究稀土掺杂ZnO结构的光电性质.  , 2013, 62(4): 047101. doi: 10.7498/aps.62.047101
    [10] 秦杰明, 田立飞, 赵东旭, 蒋大勇, 曹建明, 丁梦, 郭振. 一维氧化锌纳米结构生长及器件制备研究进展.  , 2011, 60(10): 107307. doi: 10.7498/aps.60.107307
    [11] 祁宁, 王元为, 王栋, 王丹丹, 陈志权. Co掺杂纳米ZnO微结构的正电子湮没研究.  , 2011, 60(10): 107805. doi: 10.7498/aps.60.107805
    [12] 张富春, 张威虎, 董军堂, 张志勇. Cr掺杂ZnO纳米线的电子结构和磁性.  , 2011, 60(12): 127503. doi: 10.7498/aps.60.127503
    [13] 徐国亮, 刘雪峰, 夏要争, 张现周, 刘玉芳. 外电场作用下Si2O分子的激发特性.  , 2010, 59(11): 7756-7761. doi: 10.7498/aps.59.7756
    [14] 周业宏, 蔡绍洪. 氯乙烯在外电场下的激发态结构研究.  , 2010, 59(11): 7749-7755. doi: 10.7498/aps.59.7749
    [15] 何建勇, 隆正文, 龙超云, 蔡绍洪. 电场作用下CaS的分子结构和电子光谱.  , 2010, 59(3): 1651-1657. doi: 10.7498/aps.59.1651
    [16] 毕艳军, 郭志友, 孙慧卿, 林 竹, 董玉成. Co和Mn共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究.  , 2008, 57(12): 7800-7805. doi: 10.7498/aps.57.7800
    [17] 段满益, 徐 明, 周海平, 陈青云, 胡志刚, 董成军. 碳掺杂ZnO的电子结构和光学性质.  , 2008, 57(10): 6520-6525. doi: 10.7498/aps.57.6520
    [18] 常艳玲, 张琦锋, 孙 晖, 吴锦雷. ZnO纳米线双绝缘层结构电致发光器件制备及特性研究.  , 2007, 56(4): 2399-2404. doi: 10.7498/aps.56.2399
    [19] 段满益, 徐 明, 周海平, 沈益斌, 陈青云, 丁迎春, 祝文军. 过渡金属与氮共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究.  , 2007, 56(9): 5359-5365. doi: 10.7498/aps.56.5359
    [20] 徐国亮, 刘玉芳, 孙金锋, 张现周, 朱正和. 外电场作用下SiO电子结构特性研究.  , 2007, 56(10): 5704-5708. doi: 10.7498/aps.56.5704
计量
  • 文章访问数:  7875
  • PDF下载量:  713
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-10-05
  • 修回日期:  2012-12-05
  • 刊出日期:  2013-04-05

/

返回文章
返回
Baidu
map