ZnCd(SCN)4晶体能带结构和非线性光学性质的理论研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:aini123321231
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非线性光学晶体材料在光计算、光通信、信号处理等方面都有很广泛的应用。非线性光学晶体材料可以分成三类:无机非线性光学晶体、有机非线性光学晶体和金属有机配合物非线性光学晶体。人们通常采用局域密度近似(LDA)或广义梯度近似(GGA),使用密度泛函理论(DFT)计算其能带结构。然而使用DFT方法计算得到的禁带宽度通常会比实验值低50%左右,因此为了得到较为准确的值,LDA或GGA方法计算的结果需要校正。现在已经有一些校正的方法得到广泛应用,如格林函数动力学屏蔽库仑相互作用近似(GWA),杂化密度泛函理论(HDFT),自相互作用校正(SIC)方法等等。在这些方法中,基于密度泛函微扰理论(DFPT)的GWA方法不仅能高精度的校正能带结构,也能计算晶体材料的非线性光学性质。  论文以金属有机配合物锌镉硫氰酸(ZnCd(SCN)4(ZCTC))为研究对象,对其非线性光学性质进行了理论研究。ZCTC晶体是一种很有前途的紫外非线性光学晶体材料,其非线性光学效应显著,可以用来制造倍频激光器。ZCTC晶体的多种性质,如它的生长、结构、热学性质、线性和非线性光学性质、电子结构等都已有报道,但禁带宽度和二阶非线性光学极化率的报道与实验偏离较大。在本论文中,笔者使用GWA方法校正ZCTC晶体的能带结构,采用密度泛函微扰理论计算其二阶非线性光学性质。计算得到的禁带宽度为0.145 Hatree(3.938 Ev),比使用阴离子基团理论计算的结果更加接近实验值,计算得到的二阶非线性光学系数d14=3.13pm/V,d15=5.13 pm/V,与实验值(d14=3.2 pm/V和d15=7.6 pm/V)比较吻合。研究发现Cd-4d、Zn-3d态和C-2p、N-2p态分别是价带顶和导带底的主要成分,而电子从C-2p、N-2p到S-3p态的跃迁是ZCTC晶体二阶非线性效应的主要来源。
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