低温相GeO_2晶体的合成及其电子结构与光学性质第一性原理计算

摘要：

通过低温水热的合成方法合成了一例新的低温相GeO2晶体（l-GeO2）,并对其进行了红外光谱、热重以及X射线衍射的分析表征.晶体学测试结果表明,l-GeO2属于四方晶系,P4/mcc空间群,晶胞参数a=b=8.832（4）？,c=14.479（7）？,V=1129.4（9）？3,Z=4,R1=0.0629,wR2=0.1540.晶体结构中包含一个由4个双四元环单元（D4R）和4个GeO4四面体交替相连而形成的沿[001]方向的一维（1D）12-元环孔道.采用密度泛函理论下的第一性原理平面波超软赝势方法,对l-GeO2的电子结构和光学性质进行了理论计算.计算结果表明l-GeO2为直接带隙半导体,带宽为3.31 eV;其价带主要由O的2p电子构成,导带主要由Ge的4s和4p态电子构成;静态介电常数ε1（0）=1.92,折射率n（0）=1.24,吸收系数最大峰值为8.9×104 cm-1,最大反射率为12%.比较分析了l-GeO2与石英相GeO2（q-GeO2）和金红石相GeO2（r-GeO2）的复介电函数、复折射率、吸收谱以及反射谱等光学性质的异同点.结果显示l-GeO2的能带结构和光学性质与q-GeO2较接近,与r-GeO2的相差较大.

关键词：低温相、电子结构、光学性质、第一性原理

所属期刊栏目：69

分类号：O484.41(固体物理学)

资助基金：福建教育厅科技基金JA10102;福建农林大学青年教师2010009

在线出版日期：2012-04-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：1973-1979