Ac掺杂β-FeSi2的DFT优化研究：几何结构与光学性质变化

在本文中，研究人员利用密度泛函理论（DFT）框架下的第一性原理赝势平面波方法，对掺杂了锕元素（Ac）的β-FeSi2材料进行了深入的理论研究。首先，他们探讨了掺杂对β-FeSi2的几何结构的影响。结果显示，Ac掺杂后，晶格常数a、b和c均有所变化，导致晶胞体积增加，这反映了Ac原子对晶体结构的影响以及可能的位错或空位引入。 接着，作者分析了电子结构的变化。掺杂Ac使得费米面进入了导带，尽管整体能带结构保持为准直接带隙，但带隙明显变窄。这一现象揭示了Ac掺杂可能改变材料的导电性和电荷传输特性。在费米能级附近，电子态密度主要由铁（Fe）的3d层和硅（Si）的3p层电子贡献主导，而Ac的6d层电子态密度的贡献相对较小，说明Ac的掺杂更多地影响了价带区域而非导带。 光学性质是另一个核心研究领域。计算结果显示，静态介电常数ε1(0)有显著提升，这可能意味着材料的极化响应增强，对电磁场的响应更加敏感。此外，介电函数的虚部ε2的峰值向低能方向移动并减弱，折射率n0也随之增加，表明光在材料中的传播速度和光谱响应发生了变化。消光系数k也出现微小的低能方向偏移，这意味着吸收能力增强，对光的吸收效率可能有所提高。然而，平均反射效应的变化不大，说明表面反射特性基本保持稳定。 该研究为理解Ac掺杂对β-FeSi2材料性能的改变提供了理论基础，尤其是在电学和光学性能方面。这些理论发现对于优化此类材料的性能，如用于光电子器件、太阳能电池或高频电子器件等方面具有重要意义，为未来的实验设计和实际应用提供了宝贵的指导。通过将理论计算与实验数据相结合，有望推动β-FeSi2及其衍生物在相关领域的进一步发展。