Mg-Sr掺杂CaF2的DFT研究：电子结构与光学性质变化

本研究论文主要探讨了基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理方法在Mg和Sr掺杂CaF2电子结构与光学性质方面的应用。纯CaF2晶体作为对照，研究团队对掺杂体系的晶体结构、电学特性和光学性质进行了深入分析。研究发现，相比于纯CaF2，掺杂后形成的CaF2体系表现出显著的变化：带隙变窄，这可能意味着掺杂导致了新的电子态的形成，尤其是在费米能级附近，F与Mg、Sr原子间的轨道杂化效应增强。这种杂化增强了电子的相互作用，从而影响了电子结构。 在光学性质方面，掺杂后的CaF2表现出介电特性，这意味着它对紫外光的吸收能力大幅下降，显示出较强的透射性。具体来说，Ca7SrF16掺杂体系在25.44 eV处观察到了一个新出现的小吸收峰，这是掺杂对光吸收谱的独特影响。同时，随着Mg和Sr的掺入，CaF2在紫外光区域的消光系数减少，透射性能提高，表明光的散射和吸收减弱。 值得注意的是，掺杂体系的反射谱峰和损失函数峰也发生了红移，即向波长较长的方向移动，并伴随着峰值的显著降低。这表明，掺杂不仅改变了材料的基本光学响应，还可能影响其表面和界面的光学行为。 该研究的结果对于理解Mg和Sr掺杂对CaF2材料基本性质的影响具有重要意义，对于设计新型光电器件，如光导材料、透明导电膜或者用于特定光谱窗口的应用材料具有潜在价值。此外，第一性原理方法的应用展示了理论计算在深入解析复杂材料性质中的强大威力，为后续实验设计提供了理论指导。