第一性原理研究：CdxZn1-xO合金热力学性质

"RS-CdxZn1-xO合金热力学性质的第一性原理研究" 这篇论文主要探讨了ZnO半导体材料的能带工程，并聚焦于RS-CdxZn1-xO合金的热力学性质，其中RS代表岩盐矿型结构。ZnO是一种重要的宽禁带半导体材料，它的能带结构可以通过掺杂不同的元素进行调控，以适应各种光电子器件的需求。在本文中，研究人员特别关注了镉(Cd)掺杂对ZnO的影响，因为镉掺杂可以减小ZnO的禁带宽度，使其在紫外-可见光波段的光电器件中有潜在的应用价值。 论文采用了第一性原理计算，这是一种基于量子力学的基本原理，如薛定谔方程，来计算材料的电子结构和性质的方法。研究人员利用这种方法计算了CdxZn1-xO合金的形成能，形成能是衡量一个化合物相对于其组分元素的稳定性的重要参数。通过计算10个不同镉浓度的CdxZn1-xO合金，他们发现这些合金的形成能都是正值，这意味着ZnO和CdO之间不容易形成固溶体，固溶体是两种或多种元素在晶格中均匀混合的材料。 此外，论文还引入了集团展开法，这是一种处理复杂系统中相互作用能量的有效方法。研究人员计算了CdxZn1-xO合金的有效团簇交互系数，发现在两个原子组成的团簇中，这种系数最大，这表明这两个原子的组合对形成能的贡献最为显著。进一步地，他们比较了第一性原理计算的形成能与集团展开法拟合的形成能，结果显示两者之间的差异非常小，证明集团展开法在描述这种合金的热力学性质上具有较高的准确度。 总结来说，这篇“RS-CdxZn1-xO合金热力学性质的第一性原理研究”深入分析了镉掺杂对ZnO能带结构的影响以及CdxZn1-xO合金的稳定性和热力学性质。通过第一性原理计算和集团展开法的结合，研究人员揭示了ZnO和CdO不易形成固溶体的原因，并为设计新型的光电器件提供了理论指导。这篇论文属于首发论文，得到了高等学校博士学科点专项基金和国家自然科学基金的支持。