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高壓下三元半導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的第一性原理高壓下三元半導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的第一性原理研1.1半導(dǎo)體材料簡ZnSe和金剛石等稱為第三代半導(dǎo)體材料。這三類材料是目前主要應(yīng)用的材料，它們的代表分別為Si、GaAs、GaN。GaAsSiSi料。GaN的熱導(dǎo)率明顯要高于常規(guī)的半導(dǎo)體材料。這一特性適合應(yīng)用在激光器X2ZnN2(X=Sr,Ba)IIIVZnSiP2ZnSiGaPGaII–IV–V21[1]而且和閃鋅礦[2]III–V族化合物是等電子的，但是由于[3-6]的注意。這類化合物[1]而且和閃鋅礦[2]III–V族化合物是等電子的，但是由于[3-6]的注意。這類化合物在可見光和紅外發(fā)光二極管、紅外發(fā)生器、紅外探測1.2高壓物理學(xué)簡2二本文研究的主要內(nèi)容及其研究現(xiàn)2.1本文研究的主要二本文研究的主要內(nèi)容及其研究現(xiàn)2.1本文研究的主要內(nèi),,,（3）x方向和z方向下的復(fù)介電函數(shù)（complexdielectricunction，coefficient（reflectivity2.2材料計(jì)算理論的研究現(xiàn)3三本文研究的目的和意三本文研究的目的和意四本文研究的計(jì)算方法和方案設(shè)4.1密度泛函方最成功的便是密度泛函理論。本文中我們應(yīng)用的方法即是密度泛函方法。204紀(jì)60年代提出來之后，并在局域密度泛函近似（LDA）處理多電子體系導(dǎo)出Kohn-Sham方程以來，密度泛函方法已經(jīng)成為凝聚態(tài)物理、化學(xué)、生物、材料領(lǐng)域從微觀領(lǐng)域研究物質(zhì)理化性質(zhì)的有力工具[11,12]DFT方法的應(yīng)用紀(jì)60年代提出來之后，并在局域密度泛函近似（LDA）處理多電子體系導(dǎo)出Kohn-Sham方程以來，密度泛函方法已經(jīng)成為凝聚態(tài)物理、化學(xué)、生物、材料領(lǐng)域從微觀領(lǐng)域研究物質(zhì)理化性質(zhì)的有力工具[11,12]DFT方法的應(yīng)用B-O近似基于在原子體系中電子運(yùn)動(dòng)速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原子核的運(yùn)動(dòng)速度，原子4.1.1Hohenberg-Kohn定1964年，Hohenberg-Kohn[1415]定理一：處在外部勢場V(r)中相互作用的束縛電子系統(tǒng)，其V(r))E(r)Hohenberg-Kohn定理使我們似乎已經(jīng)找到了描述多原子體系的密度泛方法。但仍有三個(gè)問題需要解決。1965WalterKohn和LuJeuSham[16]5vvv(rr(rdE(r)]=vv+v(r)+'+v 用單粒子波函數(shù)構(gòu)vvv(rr(rdE(r)]=vv+v(r)+'+v 用單粒子波函數(shù)構(gòu)成密度函數(shù)，用一個(gè)已知的動(dòng)能泛函Ts[r]表示Ts[r]表示具有與相互作用系統(tǒng)同樣的密度泛函，把此方程稱為Kohn-Sham方程vvv{-2+V(ryi(r)=Eyi(rivvvvv(rC[vvvr(r(r)]=V4.1.3密度近似（LocalDensityApproximation,(GGA)光學(xué)性介電函6'r-'r-即忽略電子直間的相互作用。在這兩種近似下處理光和晶體中各個(gè)電子的頓的簡單求和在電動(dòng)力學(xué)中，一個(gè)帶電粒子即忽略電子直間的相互作用。在這兩種近似下處理光和晶體中各個(gè)電子的頓的簡單求和在電動(dòng)力學(xué)中，一個(gè)帶電粒子的在矢量勢為A和標(biāo)度其哈密頓函數(shù)為?的電磁場中運(yùn)動(dòng)1H (p+eA)2-由此可以得到量子力學(xué)中的哈密頓算符p1efi2H (p+eA) +A 其中m為電子質(zhì)量，e為電子的電荷，利 A=0，取一級近似，忽項(xiàng)，同時(shí)取?=0。得到光和N個(gè)電子體系互相作用的哈密頓量為NNem+U(ri)]A(ri,t)2iH=H0+H1 [由此得到相互哈密頓為Nm=HH=A(r,t)1ii在入射光不是特別強(qiáng)的情況下，光的作用能夠看作是對電子體系的微擾，結(jié)果導(dǎo)致了光的吸收與發(fā)射復(fù)介電函數(shù)是非常重要的介電性質(zhì)，它包括實(shí)部ε1(ω)和虛ε2(ω)，即公e(w)=e1(w)+ie2介電函數(shù)的自變量為頻率，虛部[20-21]為 (k)2d[w(k)-w]dke(w)2式中積分來自布里淵區(qū)中心，動(dòng)量躍遷矩陣，是價(jià)和導(dǎo)帶直接躍遷的矩陣元是描述電場的電勢矢量，能量是相應(yīng)的躍遷能。實(shí)部則是根Kramers–Kronig關(guān)系由虛部7 'e(w)=1+1p'2w-0 'e(w)=1+1p'2w-0n(w)221(e1(w)+ie2(w))2-R(w)1(e1(w)+ie2(w))2[e2(w)+e2(w)]1/2-e1/a(w)=121)21L(w)=-)4.2案設(shè)Ge)，為了提高計(jì)算的準(zhǔn)確性，離子實(shí)和價(jià)電（Si3s23p2，Ge4s24p2，P3s23p3，Zn3d104s2）之間的相互作用選擇超軟贗勢描述，電子波函數(shù)用平面波基組展開。選用廣義梯度度近似（generalapproximation，GGA）處理交換關(guān)聯(lián)能。在結(jié)構(gòu)模型的優(yōu)化與馳豫中采（Broyden,Fletcher,GoldfarbandShanno）算法。為了保證計(jì)算的精確性，在倒K460eVK5×5×2。自2×106eV/atom88Zn(0,0,0)、Si8Zn(0,0,0)、Si(0,0,0.5)P(0.2691,0.25,0.125)。approximation，GGA）處理交換關(guān)聯(lián)能。在結(jié)構(gòu)模型的優(yōu)化與馳豫中采（Broyden,Fletcher,GoldfarbandShanno）5×106eV/atom9參考[1]CHIKERF,KEBBABZ,MILOUAR,etal.參考[1]CHIKERF,KEBBABZ,MILOUAR,etal.Birefringenceofopticallyuni-axialternarysemiconductors[J].SolidStateCommunications,2011,151(21):1568-LANYS,ZUNGERA.IntrinsicDXCentersinTernaryChalcopyriteSemiconductors[J].PhysRevLett,2008,100:016401.HOLAHGD.OpticalphononsandpolaritonsinZnSiP2[J].SolidStatePhys,1972,5:1893.LOPEZSA,GALINDOH,FONTALB,etal.CharacterizationofimpuritiesincrystallineZnSiP2usingpolarizedRamanscattering[J].Phys1984,30:SHIRAKATAS,SHIRAKAWAT,NAKAIJ.PressuredependenceofRamanmodesinZnSiP2crystal[J].Novembre–Dicembre,1983,2(6):2058-2063.YUY,ZHAOBJ,ZHUSF.AbinitiostudyofthelinearandnonlinearopticalpropertiesofchalcopyriteCdGeAs2[J].JournalofSolidStateChemistry,2012,185:264–270.HAMMOUCHIM,BOUDOUTIEH,NOUGAOUIA,etal.Acousticwavesinfinitesuperlattices:Influenceofbufferlayers[J].PhysRevB,1999,59:2737.ARABAF,SAHRAOUIAFA,HADDADIBK,etal.Abinitioinvestigationsstructural,elasticandelectronicpropertiesofZnSiP2:Pressureeffect[J].ComputationalMaterialsScience,2012,65:520–527.BOUKABRINEF,CHIKERF,KHACHAIH.AbinitiocalculationofandCdSiAs2semiconductorcompounds[J].PhysicaB,2011,406:169-[10]張躍.計(jì)算材料學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社2007:27-DavidS.Sholl,JaniceA.Steckel.Densityfunctionaltheory:aintroduction[M].NewYork,JohnWiley&Sons，2009:201-[12]EberhardEngel,ReinerM.Dreizler.DensityFunctionalTheory:Theory[M].NewYork:Theory[M].NewYork:SpringerPress,2011:11-20,57-[13]P.Hohenberg,W.Kohn.Inhomogeneouselectrongas[J].PhysicalReview，1964,[14]W.kohn,L.J.Sham.Self-ConsistentEquationsIncludingExchangeandCorrelationEffects[J].PhysicalReview,1965,140(4A):A1133-A1138.[15]BornMandKHuangK.DynamicalTheoryofCrystalLattices[M].OxfordUniversityPress,1954:112-[16]W.kohn,L.J.Sham.Self-ConsistentEquationsIncludingExchangeCorrelationEffects[J].PhysicalReview,1965,140(4A):A1133-BornMandKHuangK.DynamicalTheoryofCrystalLattices[M].Oxford：OxfordUniversityPress,1954:112-118.PerdewJP.Self-interactionCorrectiontoDensity-functionalApproximationsforMany-electronSystems[J].PhysicalReviewB,1981,23(10):5048-5079.AMBROSCHC,SOFOJO.Linearopticalpropertiesofsolidswithinthefullpotentiallinearizedaugmentedplanewavemethod[J].ComputPhysCommun,2006,175:1–14.GRUNDMANNM,KRONIGK.ThePhysicsofSemiconductors[M].BerlinDELINA,ERIKSSONO,AHUJAR,etal.Opticalpropertiesofthegroup-IVBrefractorymetalcompounds[J].PhysRevB,1996,54:1673–1681.RAVINDRANP,DELINA,AHUJAR,etal.OpticalpropertiesofSnI2fromrelativisticfirst-principlestheory[J].PhysRevB,1997,56:Theory[M].NewYork:Theory[M].NewYork:SpringerPress,2011:11-20,57-P.Hohenberg,W.Kohn.Inhomogeneouselectrongas[J].PhysicalReview，1964,W.kohn,L.J.Sham.Self-ConsistentEquationsIncludingExchangeandCorrelationEffects[J].PhysicalReview,1965,140(4A):A1133-A1138.BornMandKHuangK.DynamicalTheoryofCrystalLattices[M].OxfordUniversityPress,1954:112-[16]W.kohn,L.J.Sham.Self-ConsistentEquationsIncludingExchangeCorrelationEffects[J].PhysicalReview,1965,140(4A):A1133-BornMandKHuangK.DynamicalTheoryofCrystalLattices[M].Oxford：OxfordUniversityPress,1954:112-118.