高压下碱金属硅化物的结构与性质的理论研究

发布时间：2023-03-20 04:49

　　硅元素(Si)具有含量丰富、化学稳定性高、成本低廉、无毒等优点,已成为现代半导体技术中最重要的元素之一。然而,常压下最稳定的金刚石硅单质是间接带隙的半导体,这极大地限制了Si太阳能电池的转化率。寻找具有适宜直接带隙的新型硅材料成为领域内关注的焦点。先前的一个实验通过高压手段合成富Si的碱金属硅化物,通过进一步的化学手段脱掉富硅化合物中的碱金属,从而获得新型硅单质太阳能材料。因此,本工作致力于应用高效的晶体结构预测技术结合第一性原理的计算方法,对高压下碱金属硅化物ASi_x(A=Li,Rb,Cs;x=4-8)的晶体结构和性质进行了系统地探索,通过从理论上去除碱金属从而获得新型的硅单质结构,取得如下创新性成果:1、从理论上探索了0-50 GPa压力范围内LiSi_x(x=4-8)化合物的晶体结构,并确定LiSi₄能够稳定存在。在0-50 GPa压力区间内LiSi₄有三种热力学稳定结构,分别是P4/mnc相、Cmmm相和C2/m相,相变的临界压力为8.6 GPa和33.8GPa。如将化合物中的Li去除后,在常...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 高压研究的重要意义和发展现状
    1.2 晶体结构的理论设计
    1.3 碱金属硅化物的研究现状
    1.4 本文的研究目的及意义
第2章 基本理论和计算
    2.1 密度泛函理论
        2.1.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.1.2 Kohn-Sham方程
        2.1.3 交换关联泛函
    2.2 CALYPSO晶体结构预测方法
        2.2.1 粒子群优化算法
        2.2.2 CALYPSO结构预测方法
第3章 锂硅化合物的高压结构相变和物性研究
    3.1 研究背景
    3.2 计算细节
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 锂硅化合物的高压结构焓图
        3.3.2 锂硅化合物的晶体结构
        3.3.3 锂硅化合物的物性研究
    3.4 本章小结
第4章 铷硅化合物的高压结构相变和物性研究
    4.1 研究背景
    4.2 计算细节
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 铷硅化合物的高压结构焓图
        4.3.2 铷硅化合物的晶体结构
        4.3.3 铷硅化合物的物性研究
    4.4 本章小结
第5章 铯硅化合物的高压结构相变和物性研究
    5.1 研究背景
    5.2 计算细节
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 铯硅化合物的高压结构相图
        5.3.2 铯硅化合物的晶体结构
        5.3.3 铯硅化合物的物性研究
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
作者简介及科研成果
致谢



本文编号：3766721