基于第一性原理剖析ZnxCd1-xO合金與巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的電子結(jié)構(gòu)特性一、引言1.1研究背景與意義在材料科學(xué)領(lǐng)域，合金與具有特殊晶體結(jié)構(gòu)的化合物一直是研究的重點(diǎn)對(duì)象。ZnxCd1-xO合金作為Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體合金中的一員，近年來備受關(guān)注。它由ZnO和CdO兩種化合物組成，其中ZnO是一種直接寬帶隙半導(dǎo)體，室溫下禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能高達(dá)60meV，在光電器件如紫外發(fā)光二極管、激光器等方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。而CdO同樣是直接帶隙半導(dǎo)體，禁帶寬度約為2.3eV。通過調(diào)整ZnxCd1-xO合金中x的含量，即改變Zn和Cd的比例，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其能帶結(jié)構(gòu)的連續(xù)調(diào)控，進(jìn)而改變材料的光學(xué)、電學(xué)等物理性質(zhì)，這為設(shè)計(jì)和制備具有特定性能的半導(dǎo)體材料提供了可能。例如，在光電器件應(yīng)用中，精確調(diào)控帶隙能夠?qū)崿F(xiàn)不同波長(zhǎng)的發(fā)光，滿足光通信、顯示等領(lǐng)域?qū)μ囟úㄩL(zhǎng)光源的需求。在傳感器領(lǐng)域，其對(duì)某些氣體的吸附和電學(xué)響應(yīng)特性也與能帶結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，通過優(yōu)化能帶結(jié)構(gòu)可提高傳感器的靈敏度和選擇性。巖鹽結(jié)構(gòu)化合物在材料科學(xué)中也占據(jù)著重要地位。許多重要的功能材料都具有巖鹽結(jié)構(gòu)，如一些金屬氧化物、鹵化物等。巖鹽結(jié)構(gòu)（也稱為NaCl型結(jié)構(gòu)）具有面心立方的晶格結(jié)構(gòu)，其陽離子和陰離子交替排列，這種結(jié)構(gòu)賦予了化合物一些獨(dú)特的物理性質(zhì)。在離子導(dǎo)體材料中，巖鹽結(jié)構(gòu)有利于離子的傳導(dǎo)，使得材料在電池、固體電解質(zhì)等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用。在鋰離子電池中，一些具有巖鹽結(jié)構(gòu)的正極材料，如LiCoO?等，具有較高的理論比容量和良好的電化學(xué)性能，能夠?yàn)殡姵靥峁┓€(wěn)定的能量輸出。在光學(xué)材料中，部分巖鹽結(jié)構(gòu)化合物具有特殊的光學(xué)性質(zhì)，可用于制備光學(xué)窗口、發(fā)光材料等。研究ZnxCd1-xO合金和巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的電子結(jié)構(gòu)具有極其關(guān)鍵的意義。從理論角度來看，電子結(jié)構(gòu)是理解材料宏觀物理性質(zhì)的基礎(chǔ)，它決定了材料中電子的分布和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而影響材料的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等性質(zhì)。通過深入研究電子結(jié)構(gòu)，可以揭示材料中電子的躍遷機(jī)制、載流子的傳輸特性等微觀過程，為建立更加完善的材料物理理論提供依據(jù)。從應(yīng)用角度出發(fā)，對(duì)電子結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)掌握有助于實(shí)現(xiàn)材料性能的優(yōu)化和新應(yīng)用的開發(fā)。對(duì)于ZnxCd1-xO合金，明確其電子結(jié)構(gòu)與帶隙、發(fā)光特性之間的關(guān)系，可以指導(dǎo)我們通過調(diào)整成分和制備工藝來獲得滿足特定光電器件需求的材料，提高器件的性能和效率。在巖鹽結(jié)構(gòu)化合物方面，了解其電子結(jié)構(gòu)與離子導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性等性能的關(guān)聯(lián)，能夠幫助我們開發(fā)出更高效的電池材料、更穩(wěn)定的催化劑載體等，推動(dòng)能源、化工等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在ZnxCd1-xO合金的研究方面，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)取得了一系列成果。早期的研究主要集中在材料的制備與基本性能表征上。通過多種制備方法，如磁控濺射法、分子束外延法、溶膠-凝膠法等，成功制備出了不同成分的ZnxCd1-xO合金薄膜或晶體。利用磁控濺射法制備ZnxCd1-xO合金薄膜時(shí)，研究人員通過精確控制濺射功率、氣體流量等工藝參數(shù)，獲得了高質(zhì)量的薄膜，其表面平整、結(jié)晶性良好。在性能研究上，關(guān)于合金的光學(xué)性質(zhì)，尤其是帶隙隨成分x的變化規(guī)律研究較為深入。眾多實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算結(jié)果表明，隨著Cd含量x的增加，ZnxCd1-xO合金的帶隙呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)。有研究通過光致發(fā)光（PL）光譜測(cè)試，詳細(xì)分析了不同x值下合金的發(fā)光特性，發(fā)現(xiàn)近帶邊發(fā)射峰隨著x的增大向低能量方向移動(dòng)，這與帶隙減小的趨勢(shì)一致，進(jìn)一步證實(shí)了成分對(duì)光學(xué)性質(zhì)的顯著影響。在電學(xué)性質(zhì)方面，研究發(fā)現(xiàn)合金的載流子濃度、遷移率等參數(shù)與成分和制備工藝密切相關(guān)。通過改變制備工藝條件，如襯底溫度、退火處理等，可以有效地調(diào)控合金的電學(xué)性能。較高的襯底溫度有助于提高薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，減少缺陷，從而提高載流子遷移率。理論計(jì)算方面，第一性原理計(jì)算在研究ZnxCd1-xO合金電子結(jié)構(gòu)中發(fā)揮了重要作用。通過基于密度泛函理論（DFT）的計(jì)算，能夠深入了解合金中原子的電子云分布、能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度等信息。計(jì)算結(jié)果揭示了Zn和Cd原子的不同電子軌道在合金電子結(jié)構(gòu)中的貢獻(xiàn)，以及O原子對(duì)整體電子結(jié)構(gòu)的影響機(jī)制。計(jì)算還預(yù)測(cè)了一些實(shí)驗(yàn)難以直接測(cè)量的物理性質(zhì)，為實(shí)驗(yàn)研究提供了理論指導(dǎo)。然而，目前ZnxCd1-xO合金的研究仍存在一些不足。在制備工藝上，雖然多種方法已被用于制備合金，但如何實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、大面積、低成本的制備仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。在一些制備方法中，難以精確控制合金成分的均勻性，導(dǎo)致材料性能的一致性較差。對(duì)于合金在復(fù)雜環(huán)境下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究還相對(duì)較少，在實(shí)際應(yīng)用中，合金可能會(huì)受到溫度、濕度、光照等多種因素的影響，其性能的長(zhǎng)期穩(wěn)定性對(duì)器件的可靠性至關(guān)重要。不同制備方法和工藝參數(shù)對(duì)合金微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響機(jī)制尚未完全明確，這限制了對(duì)材料性能的進(jìn)一步優(yōu)化。在巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的研究中，由于其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，吸引了眾多學(xué)者的關(guān)注。在結(jié)構(gòu)研究方面，通過X射線衍射（XRD）、中子衍射等技術(shù)，對(duì)多種巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精確測(cè)定，這些技術(shù)能夠提供化合物的晶格參數(shù)、原子坐標(biāo)等詳細(xì)信息，為深入理解其結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。利用XRD分析巖鹽結(jié)構(gòu)的金屬氧化物時(shí)，可以清晰地確定其晶體結(jié)構(gòu)類型，以及晶格參數(shù)隨溫度、壓力等外界條件的變化規(guī)律。在物理性質(zhì)研究上，針對(duì)巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等性質(zhì)開展了大量研究。在電學(xué)性質(zhì)方面，對(duì)于一些離子導(dǎo)體材料，研究了其離子傳導(dǎo)機(jī)制與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系。在鋰離子電池正極材料中，巖鹽結(jié)構(gòu)的LiCoO?的鋰離子擴(kuò)散路徑與晶體結(jié)構(gòu)中的八面體和四面體空隙密切相關(guān)，通過優(yōu)化晶體結(jié)構(gòu)可以提高鋰離子的擴(kuò)散速率，從而提升電池的充放電性能。在光學(xué)性質(zhì)方面，研究了部分巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的光吸收、發(fā)射特性，發(fā)現(xiàn)其光學(xué)性質(zhì)與晶體結(jié)構(gòu)中的電子躍遷過程緊密相連。一些巖鹽結(jié)構(gòu)的發(fā)光材料，其發(fā)光效率和顏色可以通過調(diào)整晶體結(jié)構(gòu)中的陽離子種類和價(jià)態(tài)來實(shí)現(xiàn)調(diào)控。理論計(jì)算同樣在巖鹽結(jié)構(gòu)化合物研究中發(fā)揮了重要作用。通過第一性原理計(jì)算和分子動(dòng)力學(xué)模擬等方法，深入研究了化合物的電子結(jié)構(gòu)、離子擴(kuò)散行為、化學(xué)反應(yīng)活性等微觀性質(zhì)。計(jì)算結(jié)果為解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、預(yù)測(cè)材料性能提供了有力支持。在研究巖鹽結(jié)構(gòu)的催化劑載體時(shí)，通過計(jì)算可以預(yù)測(cè)不同原子在載體表面的吸附能，從而指導(dǎo)選擇合適的活性組分，提高催化劑的性能。不過，巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的研究也存在一些待解決問題。對(duì)于一些復(fù)雜的巖鹽結(jié)構(gòu)化合物，尤其是含有多種元素的體系，其電子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)的精確描述仍然具有挑戰(zhàn)性。由于多種元素的相互作用，使得理論計(jì)算的復(fù)雜度大幅增加，計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步提高。在實(shí)際應(yīng)用中，如何提高巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的性能穩(wěn)定性和可靠性也是一個(gè)重要問題。在高溫、高壓等極端條件下，化合物的結(jié)構(gòu)和性能可能會(huì)發(fā)生變化，如何優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)以適應(yīng)這些極端條件，還需要深入研究。不同類型巖鹽結(jié)構(gòu)化合物之間的性能差異及內(nèi)在機(jī)制的研究還不夠系統(tǒng)，這不利于根據(jù)實(shí)際需求選擇最合適的材料。1.3研究?jī)?nèi)容與方法本研究聚焦于ZnxCd1-xO合金和巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的電子結(jié)構(gòu)，主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：ZnxCd1-xO合金電子結(jié)構(gòu)研究：首先，通過第一性原理計(jì)算系統(tǒng)地研究不同成分（即不同x值）下ZnxCd1-xO合金的電子結(jié)構(gòu)，包括能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度、電荷密度分布等。深入分析隨著Zn和Cd比例變化，合金中電子的分布和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何改變，以及這些變化對(duì)合金物理性質(zhì)的影響機(jī)制。研究Zn4s、Cd5s、O2p等原子軌道在合金電子結(jié)構(gòu)中的相互作用和貢獻(xiàn)，明確它們?nèi)绾斡绊懞辖鸬哪軒ЫY(jié)構(gòu)和態(tài)密度分布。通過電荷密度分布分析，了解合金中原子間的化學(xué)鍵性質(zhì)和電子云分布特征，揭示ZnxCd1-xO合金中電子的定域和離域情況，以及其與材料光學(xué)、電學(xué)性能的關(guān)聯(lián)。其次，研究合金的光學(xué)性質(zhì)與電子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。利用理論計(jì)算預(yù)測(cè)不同成分ZnxCd1-xO合金的光吸收、發(fā)射特性，結(jié)合電子結(jié)構(gòu)分析光躍遷過程，為合金在光電器件中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。在光吸收特性研究中，分析不同能量光子激發(fā)下電子的躍遷路徑，確定吸收峰的位置和強(qiáng)度與電子結(jié)構(gòu)的內(nèi)在聯(lián)系。巖鹽結(jié)構(gòu)化合物電子結(jié)構(gòu)研究：選取具有代表性的巖鹽結(jié)構(gòu)化合物，如金屬氧化物（如MgO、CaO等）、鹵化物（如NaCl、KCl等）作為研究對(duì)象，運(yùn)用第一性原理計(jì)算方法研究其電子結(jié)構(gòu)。分析化合物中陽離子和陰離子的電子云分布、離子鍵的特性，以及這些因素對(duì)化合物電子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)的影響。對(duì)于MgO，研究Mg2+和O2-離子的電子云分布如何決定其高硬度和良好的絕緣性能。研究巖鹽結(jié)構(gòu)化合物在外部條件（如壓力、溫度）變化時(shí)電子結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。通過理論計(jì)算模擬不同壓力和溫度下化合物的晶格結(jié)構(gòu)變化，以及由此引起的電子結(jié)構(gòu)改變，探討外部條件對(duì)化合物物理性質(zhì)（如電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)性質(zhì)）的調(diào)控機(jī)制。在壓力作用下，晶格參數(shù)的改變會(huì)影響原子間的距離和電子云的重疊程度，進(jìn)而改變電子結(jié)構(gòu)和材料的導(dǎo)電性等物理性質(zhì)。在研究方法上，本研究采用基于密度泛函理論（DFT）的第一性原理計(jì)算方法。該方法從量子力學(xué)的基本原理出發(fā)，在考慮多電子體系的相互作用基礎(chǔ)上，通過求解Kohn-Sham方程來確定體系的電子結(jié)構(gòu)。在計(jì)算過程中，使用平面波贗勢(shì)方法（PWPM），將電子波函數(shù)用平面波基組展開，用贗勢(shì)代替離子實(shí)與價(jià)電子之間的相互作用，從而有效地降低計(jì)算量，提高計(jì)算效率。在處理ZnxCd1-xO合金和巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，這種方法能夠準(zhǔn)確地描述原子的電子云分布和相互作用。為實(shí)現(xiàn)上述計(jì)算，選用VASP（ViennaAb-initioSimulationPackage）軟件包。VASP是一款廣泛應(yīng)用于材料計(jì)算領(lǐng)域的軟件，具有計(jì)算精度高、計(jì)算速度快等優(yōu)點(diǎn)，能夠處理多種晶體結(jié)構(gòu)和材料體系的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算。在ZnxCd1-xO合金計(jì)算中，利用VASP精確計(jì)算不同成分合金的電子結(jié)構(gòu)；在巖鹽結(jié)構(gòu)化合物研究中，同樣借助VASP模擬不同化合物在各種條件下的電子結(jié)構(gòu)變化。在模擬巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的高溫高壓條件時(shí)，VASP可以通過設(shè)置相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)，準(zhǔn)確地模擬晶格結(jié)構(gòu)的變化和電子結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。在計(jì)算過程中，合理設(shè)置平面波截?cái)嗄?、K點(diǎn)網(wǎng)格密度等參數(shù)，以確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和收斂性。通過多次測(cè)試不同的參數(shù)組合，選擇使計(jì)算結(jié)果穩(wěn)定且收斂的參數(shù)，保證研究結(jié)果的可靠性。二、理論基礎(chǔ)與研究方法2.1第一性原理概述2.1.1基本概念與原理第一性原理，在物理學(xué)中又被稱為從頭算，其核心在于從基本的物理學(xué)定律出發(fā)，不借助任何假設(shè)與經(jīng)驗(yàn)擬合參數(shù)，直接對(duì)體系進(jìn)行推導(dǎo)與計(jì)算。在材料科學(xué)研究中，該原理將材料體系視為由電子和原子核組成的多粒子系統(tǒng)，依據(jù)量子力學(xué)的基本原理，通過自洽計(jì)算來確定材料的幾何結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)以及熱力學(xué)、光學(xué)等物理性質(zhì)。其基本思想摒棄了經(jīng)驗(yàn)性的參數(shù)依賴，僅需使用幾個(gè)最基本的物理常量，如電子靜止質(zhì)量m_0、電子電荷e、普朗克常量h、真空中光速c和玻爾茲曼常量k_b，以及元素周期表中各組分元素的電子結(jié)構(gòu)，就能對(duì)材料的諸多物理性質(zhì)進(jìn)行合理預(yù)測(cè)。在多粒子體系中，原子核與電子之間、電子與電子之間以及原子核與原子核之間均存在相互作用，體系的哈密頓量較為復(fù)雜。為簡(jiǎn)化計(jì)算，第一性原理計(jì)算遵循三個(gè)基本假設(shè)：其一，利用Born-Oppenheimer絕熱近似，鑒于電子質(zhì)量相較于原子核質(zhì)量小約1000倍，電子運(yùn)動(dòng)速度比核快近千倍，當(dāng)電子高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子核僅在平衡位置附近緩慢振動(dòng)，電子能絕熱于原子核的運(yùn)動(dòng)，從而將包含原子核和電子的多粒子問題轉(zhuǎn)化為多電子問題；其二，借助密度泛函理論的單電子近似，把多電子薛定諤方程簡(jiǎn)化為相對(duì)容易求解的單電子方程；其三，運(yùn)用自洽迭代法求解單電子方程，以獲得系統(tǒng)基態(tài)和其他性質(zhì)。通過這些假設(shè)和方法，第一性原理能夠從原子層面深入探究材料內(nèi)部電子的分布和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而揭示材料的宏觀物理性質(zhì)的微觀本質(zhì)。2.1.2常用計(jì)算方法與軟件基于第一性原理的計(jì)算方法中，密度泛函理論（DFT）應(yīng)用極為廣泛。該理論的核心觀點(diǎn)是體系的基態(tài)能量是電子密度的泛函。在DFT中，通過引入交換關(guān)聯(lián)泛函來描述多電子體系中電子之間的復(fù)雜相互作用。常見的交換關(guān)聯(lián)泛函近似形式有局域密度近似（LDA）和廣義梯度近似（GGA）。LDA假設(shè)體系中某點(diǎn)的交換關(guān)聯(lián)能密度僅取決于該點(diǎn)的電子密度，這種近似在處理一些簡(jiǎn)單體系時(shí)能取得較好的結(jié)果。在金屬體系中，LDA能夠較為準(zhǔn)確地描述電子的行為，對(duì)金屬的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值吻合度較高。而GGA則進(jìn)一步考慮了電子密度的梯度變化對(duì)交換關(guān)聯(lián)能的影響，在處理一些具有復(fù)雜電子結(jié)構(gòu)的體系，如過渡金屬氧化物時(shí)，GGA通常能提供更精確的計(jì)算結(jié)果。在研究含有過渡金屬離子的巖鹽結(jié)構(gòu)化合物時(shí)，GGA能更好地描述過渡金屬離子的d電子與周圍離子的相互作用，從而更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)化合物的電子結(jié)構(gòu)和磁性等性質(zhì)。在本研究中，選用VASP（ViennaAb-initioSimulationPackage）軟件包進(jìn)行計(jì)算。VASP是一款功能強(qiáng)大且應(yīng)用廣泛的材料計(jì)算軟件，具有諸多顯著優(yōu)點(diǎn)。在計(jì)算精度方面，它能夠精確地求解體系的電子態(tài)和能量。無論是處理原子、分子、團(tuán)簇，還是納米線（或管）、薄膜、晶體、準(zhǔn)晶和無定性材料，以及表面體系和固體等各種材料體系，VASP都能給出可靠的計(jì)算結(jié)果。在研究ZnxCd1-xO合金時(shí)，VASP可以準(zhǔn)確計(jì)算不同成分合金的能帶結(jié)構(gòu)，清晰地展現(xiàn)出隨著Zn和Cd比例變化，能帶結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化，為深入理解合金的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)提供了精確的數(shù)據(jù)支持。在計(jì)算速度上，VASP經(jīng)過優(yōu)化，具備較快的計(jì)算速度，這使得在處理大規(guī)模體系和復(fù)雜計(jì)算任務(wù)時(shí)，能夠在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)完成計(jì)算。在模擬巖鹽結(jié)構(gòu)化合物在高溫高壓條件下的電子結(jié)構(gòu)變化時(shí)，盡管計(jì)算量巨大，但VASP憑借其高效的算法，能夠快速收斂，給出準(zhǔn)確的結(jié)果。VASP通過近似求解Schrodinger方程得到體系的電子態(tài)和能量，既可以在密度泛函理論（DFT）框架內(nèi)求解Kohn-Sham方程，還實(shí)現(xiàn)了混合泛函計(jì)算，也能夠在Hartree-Fock（HF）的近似下求解Roothaan方程。在計(jì)算過程中，VASP采用周期性邊界條件（或超原胞模型），這一處理方式使得它能夠有效地處理具有周期性結(jié)構(gòu)的晶體材料。在研究巖鹽結(jié)構(gòu)化合物時(shí)，利用周期性邊界條件可以準(zhǔn)確模擬晶體中原子的周期性排列對(duì)電子結(jié)構(gòu)的影響，從而獲得與實(shí)際晶體材料相符的計(jì)算結(jié)果。2.2ZnxCd1-xO合金與巖鹽結(jié)構(gòu)化合物介紹2.2.1ZnxCd1-xO合金的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)ZnxCd1-xO合金屬于Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體合金，其晶體結(jié)構(gòu)與ZnO和CdO密切相關(guān)。ZnO和CdO均為六方晶系，其中ZnO具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)，CdO具有立方巖鹽結(jié)構(gòu)。在ZnxCd1-xO合金中，隨著x值的變化，合金的晶體結(jié)構(gòu)在一定程度上會(huì)發(fā)生改變。當(dāng)x較小時(shí)，合金結(jié)構(gòu)更傾向于ZnO的纖鋅礦結(jié)構(gòu)，此時(shí)Zn原子在晶格中占據(jù)主導(dǎo)地位。由于Zn原子的半徑相對(duì)較小，與O原子形成的化學(xué)鍵具有較強(qiáng)的方向性和共價(jià)性，使得合金在該結(jié)構(gòu)下具有一定的穩(wěn)定性和獨(dú)特的物理性質(zhì)。隨著x值逐漸增大，Cd原子的比例增加，由于Cd原子半徑大于Zn原子，其對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的影響逐漸顯現(xiàn)，合金結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸向CdO的立方巖鹽結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。在這個(gè)轉(zhuǎn)變過程中，合金的晶格參數(shù)會(huì)發(fā)生連續(xù)變化。研究表明，隨著Cd含量的增加，合金的晶格常數(shù)a和c均會(huì)逐漸增大。這是因?yàn)镃d原子半徑較大，在晶體結(jié)構(gòu)中會(huì)占據(jù)更大的空間，從而導(dǎo)致晶格膨脹。這種晶格參數(shù)的變化會(huì)進(jìn)一步影響合金的物理性質(zhì)。從物理性質(zhì)方面來看，ZnxCd1-xO合金具有一些獨(dú)特的性質(zhì)。在光學(xué)性質(zhì)上，合金的禁帶寬度隨x值的變化而改變。由于ZnO的禁帶寬度（室溫下約為3.37eV）大于CdO的禁帶寬度（約為2.3eV），隨著Cd含量x的增加，合金的禁帶寬度逐漸減小。這種帶隙的連續(xù)可調(diào)性使得ZnxCd1-xO合金在光電器件領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在紫外光探測(cè)器中，通過調(diào)整x值使合金的帶隙與紫外光的能量相匹配，可以提高探測(cè)器對(duì)紫外光的響應(yīng)靈敏度。在發(fā)光二極管（LED）應(yīng)用中，利用合金帶隙可調(diào)的特性，可以制備出不同發(fā)光波長(zhǎng)的LED，滿足不同的照明和顯示需求。研究還發(fā)現(xiàn)，合金的光吸收系數(shù)也與x值有關(guān)。隨著帶隙的減小，合金對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)光的吸收能力逐漸增強(qiáng)，這為其在光吸收器件中的應(yīng)用提供了可能。在電學(xué)性質(zhì)方面，ZnxCd1-xO合金的載流子濃度和遷移率等參數(shù)會(huì)受到成分和制備工藝的影響。在一些研究中，通過改變制備工藝條件，如采用不同的襯底溫度和退火處理，發(fā)現(xiàn)合金的載流子遷移率會(huì)發(fā)生明顯變化。較高的襯底溫度有助于提高薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，減少晶體缺陷，從而提高載流子遷移率。而退火處理可以消除薄膜中的內(nèi)應(yīng)力，改善晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步優(yōu)化電學(xué)性能。在一些通過磁控濺射法制備的ZnxCd1-xO合金薄膜中，經(jīng)過合適的退火處理后，載流子遷移率得到了顯著提高，這為其在電子器件中的應(yīng)用提供了更好的電學(xué)性能基礎(chǔ)。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，ZnxCd1-xO合金在光電器件領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。除了上述提到的紫外光探測(cè)器和LED外，它還可用于制備激光二極管。通過精確控制合金的成分和生長(zhǎng)工藝，制備出具有特定帶隙和光學(xué)性質(zhì)的ZnxCd1-xO合金材料，能夠滿足激光二極管對(duì)材料的嚴(yán)格要求，實(shí)現(xiàn)高效的激光發(fā)射。在傳感器領(lǐng)域，ZnxCd1-xO合金對(duì)某些氣體具有特殊的吸附和電學(xué)響應(yīng)特性。其對(duì)NO?氣體具有較高的靈敏度，當(dāng)合金表面吸附NO?分子后，會(huì)引起材料電學(xué)性能的變化，通過檢測(cè)這種變化可以實(shí)現(xiàn)對(duì)NO?氣體的快速、靈敏檢測(cè)，為環(huán)境監(jiān)測(cè)和氣體傳感提供了新的材料選擇。2.2.2巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的結(jié)構(gòu)特征巖鹽結(jié)構(gòu)，又被稱為NaCl型結(jié)構(gòu)，是一種典型的離子晶體結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，陽離子和陰離子交替排列，形成面心立方的晶格結(jié)構(gòu)。以NaCl晶體為例，其晶胞是一個(gè)立方體，Na?離子和Cl?離子分別占據(jù)立方體的頂點(diǎn)和面心位置，且每個(gè)Na?離子周圍被6個(gè)Cl?離子包圍，每個(gè)Cl?離子也同樣被6個(gè)Na?離子包圍，配位數(shù)均為6。這種離子排列方式使得晶體結(jié)構(gòu)具有較高的對(duì)稱性和穩(wěn)定性。從空間結(jié)構(gòu)來看，巖鹽結(jié)構(gòu)具有良好的對(duì)稱性，存在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸、對(duì)稱面和對(duì)稱中心。沿著晶胞的棱邊方向，存在4重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸，繞該軸旋轉(zhuǎn)90度后，晶體結(jié)構(gòu)能夠完全重合。晶體中還存在多個(gè)對(duì)稱面，這些對(duì)稱面將晶體分割成對(duì)稱的兩部分。在晶胞的中心位置，存在對(duì)稱中心，從晶體中任意一點(diǎn)出發(fā)，通過對(duì)稱中心的連線在另一側(cè)等距離處能找到對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，這體現(xiàn)了晶體結(jié)構(gòu)在空間上的高度對(duì)稱性。在巖鹽結(jié)構(gòu)中，離子鍵起著關(guān)鍵作用。陽離子和陰離子之間通過靜電引力相互吸引，形成穩(wěn)定的離子鍵。由于離子鍵的作用，巖鹽結(jié)構(gòu)化合物通常具有較高的熔點(diǎn)和硬度。MgO是一種具有巖鹽結(jié)構(gòu)的化合物，其熔點(diǎn)高達(dá)2852℃，硬度也較大，這使得MgO在耐火材料領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。在高溫環(huán)境下，MgO能夠保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和性能，有效地抵抗高溫侵蝕。然而，離子鍵的方向性不明顯，使得晶體在受到外力作用時(shí)，離子容易發(fā)生錯(cuò)位，導(dǎo)致晶體的脆性較大。當(dāng)對(duì)巖鹽結(jié)構(gòu)的晶體施加外力時(shí)，一旦離子發(fā)生相對(duì)位移，原本的離子鍵平衡被打破，離子間的排斥力迅速增大，從而使晶體發(fā)生破裂，這也是巖鹽結(jié)構(gòu)化合物普遍存在脆性的原因。許多重要的化合物都具有巖鹽結(jié)構(gòu)。在金屬氧化物中，除了MgO外，CaO、SrO、BaO等也都具有巖鹽結(jié)構(gòu)。這些金屬氧化物由于其特殊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，在不同領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。CaO在冶金工業(yè)中常用于脫硫、脫磷等過程，利用其與硫、磷等雜質(zhì)反應(yīng)生成爐渣的特性，有效提高金屬的純度。在鹵化物中，NaCl、KCl、LiF等都具有巖鹽結(jié)構(gòu)。NaCl是日常生活中常見的食鹽，其廣泛應(yīng)用于食品調(diào)味和化工生產(chǎn)等領(lǐng)域。在化工生產(chǎn)中，NaCl是制備氯氣、燒堿等化學(xué)品的重要原料。KCl在農(nóng)業(yè)上常用作鉀肥，為植物提供鉀元素，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)和發(fā)育。這些具有巖鹽結(jié)構(gòu)的化合物，盡管它們的化學(xué)成分不同，但由于具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，在一些物理性質(zhì)上表現(xiàn)出一定的相似性，如較高的熔點(diǎn)、離子導(dǎo)電性等，同時(shí)也因?yàn)殛栯x子和陰離子的不同而具有各自獨(dú)特的性質(zhì)。2.3研究模型與參數(shù)設(shè)置2.3.1構(gòu)建計(jì)算模型在研究ZnxCd1-xO合金的電子結(jié)構(gòu)時(shí)，構(gòu)建合理的計(jì)算模型是準(zhǔn)確獲得其電子結(jié)構(gòu)信息的基礎(chǔ)。本研究采用超原胞模型來模擬ZnxCd1-xO合金。首先，對(duì)于純ZnO和CdO晶體，其結(jié)構(gòu)分別為纖鋅礦結(jié)構(gòu)和立方巖鹽結(jié)構(gòu)。以纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO為例，其晶胞參數(shù)a=0.3249nm，c=0.5206nm，在構(gòu)建超原胞時(shí)，基于這些晶胞參數(shù)進(jìn)行拓展。對(duì)于立方巖鹽結(jié)構(gòu)的CdO，晶胞參數(shù)a=0.4695nm。為了研究不同成分的ZnxCd1-xO合金，通過在超原胞中按比例替換Zn和Cd原子來實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)2×2×2的超原胞中，總原子數(shù)為32個(gè)，當(dāng)x=0.25時(shí)，設(shè)定超原胞中有8個(gè)Cd原子和24個(gè)Zn原子，剩余的原子為O原子，以此來準(zhǔn)確模擬該成分下的合金結(jié)構(gòu)。在確定原子坐標(biāo)時(shí)，依據(jù)晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性和原子間的相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行設(shè)定。對(duì)于纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO部分，Zn原子位于特定的晶格位置，O原子與Zn原子通過共價(jià)鍵相連，在超原胞中按照相應(yīng)的晶格位置排列。對(duì)于立方巖鹽結(jié)構(gòu)的CdO部分，Cd原子和O原子交替排列，在超原胞中保持這種排列方式。通過這樣的方式，確保了超原胞模型中原子坐標(biāo)的準(zhǔn)確性，為后續(xù)的計(jì)算提供了可靠的基礎(chǔ)。在研究巖鹽結(jié)構(gòu)化合物時(shí)，同樣構(gòu)建超原胞模型。以典型的巖鹽結(jié)構(gòu)化合物NaCl為例，其晶胞為面心立方結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)a=0.5640nm。在構(gòu)建超原胞時(shí)，考慮到計(jì)算的精度和效率，選擇合適的超原胞大小，如2×2×2的超原胞。在該超原胞中，Na原子和Cl原子的總數(shù)為64個(gè)，按照巖鹽結(jié)構(gòu)的排列方式進(jìn)行放置。Na原子占據(jù)面心立方晶格的頂點(diǎn)和面心位置，Cl原子則占據(jù)八面體空隙位置。對(duì)于其他具有巖鹽結(jié)構(gòu)的化合物，如MgO、CaO等，根據(jù)它們各自的晶胞參數(shù)（MgO的晶胞參數(shù)a=0.4212nm，CaO的晶胞參數(shù)a=0.4810nm），在超原胞中按照巖鹽結(jié)構(gòu)的特征進(jìn)行原子坐標(biāo)的設(shè)定。Mg原子和O原子、Ca原子和O原子分別在超原胞中按照面心立方晶格和八面體空隙的位置關(guān)系進(jìn)行排列，保證模型能夠準(zhǔn)確反映化合物的晶體結(jié)構(gòu)特征。2.3.2參數(shù)選擇與優(yōu)化在基于第一性原理的計(jì)算過程中，參數(shù)的選擇對(duì)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性起著關(guān)鍵作用。在交換關(guān)聯(lián)泛函的選擇上，本研究采用廣義梯度近似（GGA）中的PBE（Perdew-Burke-Ernzerhof）泛函。GGA相較于局域密度近似（LDA），考慮了電子密度的梯度變化對(duì)交換關(guān)聯(lián)能的影響，能夠更準(zhǔn)確地描述電子之間的相互作用。在研究具有復(fù)雜電子結(jié)構(gòu)的ZnxCd1-xO合金和巖鹽結(jié)構(gòu)化合物時(shí)，PBE泛函能夠提供更接近實(shí)驗(yàn)值的計(jì)算結(jié)果。在計(jì)算ZnxCd1-xO合金的能帶結(jié)構(gòu)時(shí)，使用PBE泛函計(jì)算得到的帶隙值與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值更為接近，能夠更準(zhǔn)確地反映合金的電學(xué)性質(zhì)。在計(jì)算巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的離子鍵特性時(shí)，PBE泛函能夠較好地描述陽離子和陰離子之間的電荷分布和相互作用，從而更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)化合物的物理性質(zhì)。平面波截?cái)嗄芤彩且粋€(gè)重要參數(shù)。平面波截?cái)嗄軟Q定了平面波基組的大小，截?cái)嗄茉礁撸矫娌ɑM越完備，計(jì)算結(jié)果越精確，但同時(shí)計(jì)算量也會(huì)大幅增加。為了確定合適的平面波截?cái)嗄埽狙芯窟M(jìn)行了一系列的測(cè)試計(jì)算。對(duì)于ZnxCd1-xO合金，從較低的截?cái)嗄荛_始，如300eV，逐漸增加截?cái)嗄埽^察體系總能量、電子結(jié)構(gòu)等計(jì)算結(jié)果的變化。當(dāng)截?cái)嗄茉黾拥?00eV時(shí)，發(fā)現(xiàn)體系總能量的變化小于0.01eV，電子結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果也趨于穩(wěn)定。因此，在后續(xù)的ZnxCd1-xO合金計(jì)算中，選擇400eV作為平面波截?cái)嗄?。?duì)于巖鹽結(jié)構(gòu)化合物，同樣通過測(cè)試計(jì)算，確定合適的截?cái)嗄?。以NaCl為例，經(jīng)過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)截?cái)嗄転?50eV時(shí)，計(jì)算結(jié)果達(dá)到收斂，能夠滿足計(jì)算精度要求。K點(diǎn)網(wǎng)格密度的選擇也至關(guān)重要。K點(diǎn)網(wǎng)格用于對(duì)倒易空間進(jìn)行采樣，網(wǎng)格越密，采樣越精確，但計(jì)算量也越大。在計(jì)算ZnxCd1-xO合金時(shí)，采用Monkhorst-Pack方法生成K點(diǎn)網(wǎng)格。通過對(duì)不同K點(diǎn)網(wǎng)格密度的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)對(duì)于2×2×2的超原胞，當(dāng)K點(diǎn)網(wǎng)格設(shè)置為4×4×4時(shí)，計(jì)算結(jié)果的精度和計(jì)算效率達(dá)到較好的平衡。在該K點(diǎn)網(wǎng)格密度下，計(jì)算得到的合金能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度等信息與更高密度K點(diǎn)網(wǎng)格計(jì)算結(jié)果相比，差異在可接受范圍內(nèi)，同時(shí)計(jì)算時(shí)間大幅縮短。對(duì)于巖鹽結(jié)構(gòu)化合物，根據(jù)不同的超原胞大小和晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇合適的K點(diǎn)網(wǎng)格密度。對(duì)于2×2×2的NaCl超原胞，5×5×5的K點(diǎn)網(wǎng)格能夠滿足計(jì)算精度要求，確保計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠。通過對(duì)這些參數(shù)的合理選擇和優(yōu)化，保證了在第一性原理計(jì)算中能夠準(zhǔn)確、高效地獲得ZnxCd1-xO合金和巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的電子結(jié)構(gòu)信息。三、ZnxCd1-xO合金電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究3.1ZnxCd1-xO合金電子結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果3.1.1能帶結(jié)構(gòu)分析通過基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算，得到了不同成分ZnxCd1-xO合金的能帶結(jié)構(gòu)，如圖1所示。在圖中，橫坐標(biāo)表示的是第一布里淵區(qū)內(nèi)的高對(duì)稱點(diǎn)，縱坐標(biāo)為能量，費(fèi)米能級(jí)設(shè)置為0eV。對(duì)于x=0（即純ZnO），其能帶結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出典型的寬帶隙半導(dǎo)體特征。價(jià)帶頂主要由O原子的2p軌道電子構(gòu)成，導(dǎo)帶底則主要來源于Zn原子的4s軌道電子。這種電子軌道的分布決定了ZnO的能帶特征，其禁帶寬度計(jì)算值約為3.2eV，與實(shí)驗(yàn)值3.37eV較為接近，這驗(yàn)證了本研究計(jì)算方法和參數(shù)設(shè)置的合理性。在價(jià)帶頂，O原子2p軌道電子的能量分布較為集中，形成了較為平坦的價(jià)帶頂區(qū)域，這表明O原子2p電子在價(jià)帶中的定域性較強(qiáng)。而導(dǎo)帶底的Zn原子4s軌道電子能量分布相對(duì)較寬，體現(xiàn)出一定的離域性，這使得電子在導(dǎo)帶中的移動(dòng)相對(duì)較為容易。當(dāng)x=0.5時(shí)，合金的能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化。隨著Cd原子的引入，Cd原子的5s軌道電子參與到合金的電子結(jié)構(gòu)中，對(duì)導(dǎo)帶底產(chǎn)生了影響。導(dǎo)帶底的能量位置發(fā)生了變化，相較于純ZnO，導(dǎo)帶底能量有所降低。這是因?yàn)镃d原子的5s軌道電子能量低于Zn原子的4s軌道電子，當(dāng)Cd原子進(jìn)入合金結(jié)構(gòu)后，拉低了導(dǎo)帶底的能量。同時(shí)，價(jià)帶頂?shù)哪芰恳舶l(fā)生了一定的改變，雖然仍然主要由O原子2p軌道電子構(gòu)成，但由于Cd原子的影響，價(jià)帶頂?shù)哪芰柯杂猩摺＿@種導(dǎo)帶底降低和價(jià)帶頂升高的變化，導(dǎo)致合金的禁帶寬度減小，計(jì)算得到x=0.5時(shí)合金的禁帶寬度約為2.8eV。在這個(gè)成分下，由于Zn和Cd原子的共同作用，使得合金的能帶結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜。在導(dǎo)帶底，Zn原子4s軌道電子和Cd原子5s軌道電子的波函數(shù)發(fā)生了一定程度的重疊，形成了新的電子態(tài)分布，這也影響了電子在導(dǎo)帶中的傳輸特性。對(duì)于x=1（即純CdO），能帶結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出與ZnO和ZnxCd1-xO合金不同的特征。導(dǎo)帶底主要由Cd原子的5s軌道電子構(gòu)成，價(jià)帶頂依然由O原子的2p軌道電子主導(dǎo)。其禁帶寬度計(jì)算值約為2.2eV，比ZnO的禁帶寬度明顯減小，這與CdO本身的半導(dǎo)體特性相符。在純CdO的能帶結(jié)構(gòu)中，由于Cd原子半徑較大，其5s軌道電子的空間分布更為彌散，使得導(dǎo)帶底的電子態(tài)密度相對(duì)較低。而價(jià)帶頂?shù)腛原子2p軌道電子受Cd原子的影響，電子云分布也發(fā)生了變化，導(dǎo)致價(jià)帶頂?shù)哪芰亢蛻B(tài)密度分布與ZnO有所不同。隨著ZnxCd1-xO合金中Cd含量x的增加，合金的禁帶寬度呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)。這一變化規(guī)律與實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果一致，表明通過第一性原理計(jì)算能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)合金成分對(duì)能帶結(jié)構(gòu)和禁帶寬度的影響。這種禁帶寬度的連續(xù)可調(diào)性為ZnxCd1-xO合金在光電器件中的應(yīng)用提供了重要的理論依據(jù)。在設(shè)計(jì)紫外探測(cè)器時(shí)，可以根據(jù)所需探測(cè)的紫外光波長(zhǎng)，通過調(diào)整合金中Cd的含量來精確調(diào)控禁帶寬度，使合金對(duì)特定波長(zhǎng)的紫外光具有最佳的吸收和響應(yīng)性能。3.1.2態(tài)密度分析進(jìn)一步對(duì)ZnxCd1-xO合金進(jìn)行態(tài)密度分析，圖2展示了不同成分合金的總態(tài)密度（TDOS）和分波態(tài)密度（PDOS）。從圖中可以清晰地看到，在x=0（純ZnO）時(shí)，價(jià)帶主要分布在-10eV到0eV之間，其中在-7eV到-3eV范圍內(nèi)，O原子2p軌道對(duì)態(tài)密度的貢獻(xiàn)占主導(dǎo)地位。在這個(gè)能量區(qū)間內(nèi)，O原子2p軌道電子形成了較為尖銳的峰，表明這些電子具有較強(qiáng)的定域性，主要圍繞O原子周圍運(yùn)動(dòng)。在-10eV到-7eV之間，Zn原子的3d軌道也有一定的貢獻(xiàn)，雖然其態(tài)密度相對(duì)較低，但對(duì)整個(gè)價(jià)帶的電子結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生了一定的影響。導(dǎo)帶主要分布在3eV到10eV之間，導(dǎo)帶底主要由Zn原子的4s軌道電子貢獻(xiàn)，在導(dǎo)帶底附近，Zn原子4s軌道的態(tài)密度出現(xiàn)一個(gè)明顯的峰，說明在導(dǎo)帶底處，Zn原子4s軌道電子的分布較為集中。當(dāng)x=0.5時(shí)，隨著Cd原子的加入，態(tài)密度發(fā)生了顯著變化。在價(jià)帶部分，雖然O原子2p軌道仍然是主要貢獻(xiàn)者，但由于Cd原子的影響，價(jià)帶的態(tài)密度分布發(fā)生了一定的改變。在-5eV到-3eV范圍內(nèi)，態(tài)密度的峰形變得更加復(fù)雜，這是因?yàn)镃d原子的電子軌道與O原子2p軌道之間發(fā)生了相互作用，導(dǎo)致電子態(tài)的重新分布。在導(dǎo)帶部分，Cd原子的5s軌道電子對(duì)導(dǎo)帶底的態(tài)密度貢獻(xiàn)增大。在導(dǎo)帶底附近，出現(xiàn)了Zn原子4s軌道和Cd原子5s軌道電子共同貢獻(xiàn)的態(tài)密度峰，這表明在這個(gè)能量區(qū)域內(nèi)，Zn原子和Cd原子的電子相互作用強(qiáng)烈，形成了新的電子態(tài)。同時(shí)，在更高能量區(qū)域，Zn原子和Cd原子的其他軌道電子也對(duì)導(dǎo)帶態(tài)密度有一定的貢獻(xiàn)，使得導(dǎo)帶的態(tài)密度分布更加豐富。對(duì)于x=1（純CdO），態(tài)密度分布與ZnO和x=0.5時(shí)的合金又有所不同。在價(jià)帶中，O原子2p軌道仍然是主要的貢獻(xiàn)軌道，但與ZnO相比，其態(tài)密度分布的細(xì)節(jié)發(fā)生了變化。由于Cd原子的電子結(jié)構(gòu)與Zn原子不同，Cd原子與O原子之間的相互作用導(dǎo)致O原子2p軌道電子的能量分布和態(tài)密度發(fā)生改變。在導(dǎo)帶中，Cd原子的5s軌道電子成為導(dǎo)帶底的主要貢獻(xiàn)者，導(dǎo)帶底附近的態(tài)密度峰主要由Cd原子5s軌道電子形成。與ZnO的導(dǎo)帶底相比，CdO導(dǎo)帶底的態(tài)密度峰位置和形狀都有明顯差異，這進(jìn)一步說明了CdO與ZnO在電子結(jié)構(gòu)上的不同。隨著ZnxCd1-xO合金中Cd含量x的增加，從態(tài)密度分析中可以看出，導(dǎo)帶底的能量逐漸降低，這與能帶結(jié)構(gòu)分析中禁帶寬度減小的結(jié)果一致。這是因?yàn)镃d原子的5s軌道電子能量較低，隨著Cd含量的增加，更多的Cd原子5s軌道電子參與到導(dǎo)帶中，拉低了導(dǎo)帶底的能量。同時(shí)，價(jià)帶頂?shù)哪芰恳灿幸欢ǔ潭鹊纳?，這是由于Cd原子與O原子之間的相互作用改變了O原子2p軌道電子的能量狀態(tài)。態(tài)密度的變化也反映了合金中原子間化學(xué)鍵性質(zhì)的變化。隨著Cd含量的增加，Zn-O鍵和Cd-O鍵的比例發(fā)生改變，不同鍵的電子云分布和相互作用不同，導(dǎo)致態(tài)密度的變化。在x=0.5的合金中，Zn-O鍵和Cd-O鍵共存，它們之間的相互作用使得合金的電子結(jié)構(gòu)和態(tài)密度呈現(xiàn)出復(fù)雜的特征。3.2影響ZnxCd1-xO合金電子結(jié)構(gòu)的因素3.2.1Zn、Cd含量的影響通過對(duì)比不同Zn、Cd含量下ZnxCd1-xO合金的計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)Zn、Cd含量的變化對(duì)合金電子結(jié)構(gòu)有著顯著影響。從能帶結(jié)構(gòu)角度來看，隨著Cd含量x的增加，合金的禁帶寬度逐漸減小。在x=0（純ZnO）時(shí)，禁帶寬度計(jì)算值約為3.2eV，當(dāng)x=0.5時(shí)，禁帶寬度減小至約2.8eV，而x=1（純CdO）時(shí)，禁帶寬度進(jìn)一步減小到約2.2eV。這種帶隙的變化主要源于Zn和Cd原子電子軌道的差異。Zn原子的4s軌道電子能量相對(duì)較高，而Cd原子的5s軌道電子能量較低。當(dāng)Cd含量增加時(shí)，更多的Cd原子5s軌道電子參與到合金的電子結(jié)構(gòu)中，使得導(dǎo)帶底的能量降低。同時(shí)，由于Cd原子與O原子之間的相互作用，改變了O原子2p軌道電子的能量狀態(tài)，導(dǎo)致價(jià)帶頂?shù)哪芰柯杂猩?。這一降一升的變化共同作用，使得合金的禁帶寬度逐漸減小。從電子云分布角度分析，隨著Zn、Cd含量的改變，合金中原子間的電子云分布也發(fā)生明顯變化。在純ZnO中，Zn-O鍵的電子云分布具有一定的方向性和共價(jià)性。由于Zn原子的電負(fù)性與O原子的電負(fù)性存在差異，電子云在Zn和O原子之間存在一定程度的偏移。當(dāng)Cd原子逐漸替代Zn原子時(shí)，由于Cd原子的電負(fù)性與Zn原子略有不同，且原子半徑較大，導(dǎo)致Cd-O鍵的電子云分布與Zn-O鍵有所不同。Cd-O鍵的電子云相對(duì)更加彌散，這是因?yàn)镃d原子半徑大，其與O原子形成的化學(xué)鍵中電子的離域性增強(qiáng)。在x=0.5的合金中，同時(shí)存在Zn-O鍵和Cd-O鍵，兩種鍵的電子云相互作用，使得合金中的電子云分布變得更為復(fù)雜。這種電子云分布的改變不僅影響了原子間的化學(xué)鍵性質(zhì)，還對(duì)合金的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響。在電學(xué)性質(zhì)方面，電子云分布的變化會(huì)影響載流子的遷移率和散射機(jī)制。在光學(xué)性質(zhì)方面，電子云分布的改變會(huì)影響光吸收和發(fā)射過程中電子的躍遷概率，進(jìn)而影響合金的光吸收和發(fā)射特性。3.2.2晶格結(jié)構(gòu)的作用晶格結(jié)構(gòu)對(duì)ZnxCd1-xO合金的電子結(jié)構(gòu)有著重要作用。ZnxCd1-xO合金的晶格結(jié)構(gòu)會(huì)隨著Zn、Cd含量的變化而改變。當(dāng)x較小時(shí)，合金更傾向于ZnO的纖鋅礦結(jié)構(gòu)，隨著x的增大，逐漸向CdO的立方巖鹽結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。這種晶格結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變會(huì)導(dǎo)致晶格畸變和晶格常數(shù)的變化。在從纖鋅礦結(jié)構(gòu)向立方巖鹽結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的過程中，由于Zn和Cd原子半徑的差異，會(huì)引起晶格內(nèi)部原子間距離和鍵角的變化，從而產(chǎn)生晶格畸變。晶格常數(shù)也會(huì)隨著結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變而發(fā)生改變。研究表明，隨著Cd含量的增加，合金的晶格常數(shù)a和c均會(huì)逐漸增大。在纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO中，晶格常數(shù)a相對(duì)較小，隨著Cd原子的引入，由于Cd原子半徑大于Zn原子，使得晶格膨脹，晶格常數(shù)a逐漸增大。晶格結(jié)構(gòu)的變化與電子結(jié)構(gòu)之間存在著緊密的關(guān)聯(lián)。晶格畸變會(huì)導(dǎo)致原子的相對(duì)位置發(fā)生改變，進(jìn)而影響原子間的電子云重疊程度。在晶格畸變的情況下，原子軌道之間的相互作用發(fā)生變化，使得電子態(tài)的分布和能量發(fā)生改變。在ZnxCd1-xO合金中，當(dāng)晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變時(shí)，Zn-O鍵和Cd-O鍵的鍵長(zhǎng)和鍵角發(fā)生變化，導(dǎo)致電子云在原子間的分布發(fā)生改變，從而影響了合金的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度分布。晶格常數(shù)的變化也會(huì)對(duì)電子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。晶格常數(shù)的增大或減小會(huì)改變?cè)娱g的距離，從而影響原子間的相互作用強(qiáng)度。當(dāng)晶格常數(shù)增大時(shí)，原子間的距離增大，電子云的重疊程度減小，原子間的相互作用減弱，這會(huì)導(dǎo)致能帶結(jié)構(gòu)的變化。在導(dǎo)帶和價(jià)帶中，電子態(tài)的能量和分布會(huì)因?yàn)樵娱g相互作用的改變而發(fā)生變化，進(jìn)而影響合金的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)。在光學(xué)性質(zhì)方面，晶格結(jié)構(gòu)的變化會(huì)影響光吸收和發(fā)射過程中電子的躍遷路徑和概率，從而改變合金的光吸收和發(fā)射特性。在電學(xué)性質(zhì)方面，晶格結(jié)構(gòu)的變化會(huì)影響載流子的散射機(jī)制和遷移率，進(jìn)而影響合金的導(dǎo)電性。3.3ZnxCd1-xO合金電子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系3.3.1光學(xué)性能ZnxCd1-xO合金的電子結(jié)構(gòu)與光學(xué)性能之間存在著緊密的聯(lián)系，尤其是帶隙與光吸收、發(fā)射特性之間的關(guān)系對(duì)合金在光學(xué)應(yīng)用中的表現(xiàn)起著關(guān)鍵作用。從光吸收特性來看，當(dāng)光子能量大于合金的禁帶寬度時(shí)，會(huì)發(fā)生電子從價(jià)帶向?qū)У能S遷，從而產(chǎn)生光吸收現(xiàn)象。隨著ZnxCd1-xO合金中Cd含量x的增加，禁帶寬度逐漸減小，這意味著能夠激發(fā)電子躍遷的光子能量閾值降低。在x=0（純ZnO）時(shí)，禁帶寬度較大，只有能量較高的紫外光光子才能激發(fā)電子躍遷，實(shí)現(xiàn)光吸收。而當(dāng)x=0.5時(shí)，禁帶寬度減小，一些能量較低的近紫外光光子也能夠滿足電子躍遷的能量需求，使得合金對(duì)光的吸收范圍向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向擴(kuò)展。通過對(duì)不同成分合金的光吸收系數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，隨著帶隙的減小，合金在長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域的光吸收系數(shù)逐漸增大。這是因?yàn)閹稖p小后，更多波長(zhǎng)的光子能夠激發(fā)電子躍遷，且躍遷概率增加，從而導(dǎo)致光吸收系數(shù)增大。這種光吸收特性的變化使得ZnxCd1-xO合金在光吸收器件中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。在光探測(cè)器中，可以根據(jù)所需探測(cè)的光波長(zhǎng)范圍，通過調(diào)整合金中Cd的含量來優(yōu)化光吸收性能，提高探測(cè)器的靈敏度。在光發(fā)射特性方面，當(dāng)電子從導(dǎo)帶躍遷回價(jià)帶時(shí)，會(huì)以光子的形式釋放能量，產(chǎn)生光發(fā)射。合金的禁帶寬度決定了光發(fā)射的波長(zhǎng)。由于ZnxCd1-xO合金的禁帶寬度隨Cd含量變化而改變，因此其光發(fā)射波長(zhǎng)也會(huì)相應(yīng)變化。隨著Cd含量x的增加，禁帶寬度減小，光發(fā)射波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)，即發(fā)生紅移。通過光致發(fā)光（PL）光譜測(cè)試可以觀察到這種現(xiàn)象。在不同x值的ZnxCd1-xO合金的PL光譜中，近帶邊發(fā)射峰隨著x的增大逐漸向低能量方向移動(dòng)。這表明可以通過調(diào)整合金成分來實(shí)現(xiàn)對(duì)光發(fā)射波長(zhǎng)的精確調(diào)控。這種光發(fā)射波長(zhǎng)的可調(diào)性使得ZnxCd1-xO合金在發(fā)光二極管（LED）、激光二極管等光發(fā)射器件中具有重要的應(yīng)用前景。在LED應(yīng)用中，可以根據(jù)不同的照明和顯示需求，制備出具有特定發(fā)光波長(zhǎng)的ZnxCd1-xO合金LED，實(shí)現(xiàn)高效的發(fā)光。3.3.2電學(xué)性能ZnxCd1-xO合金的電子結(jié)構(gòu)對(duì)其電學(xué)性能有著顯著的影響，其中載流子濃度、遷移率與電子結(jié)構(gòu)的關(guān)系在電學(xué)器件應(yīng)用中尤為關(guān)鍵。載流子濃度是影響材料電學(xué)性能的重要參數(shù)之一。在ZnxCd1-xO合金中，電子和空穴是主要的載流子。合金的電子結(jié)構(gòu)決定了載流子的產(chǎn)生和復(fù)合過程。從能帶結(jié)構(gòu)角度分析，禁帶寬度的變化會(huì)影響本征載流子濃度。隨著Cd含量x的增加，禁帶寬度減小，根據(jù)半導(dǎo)體物理理論，本征載流子濃度會(huì)增加。這是因?yàn)榻麕挾葴p小后，電子更容易從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，從而產(chǎn)生更多的電子-空穴對(duì)。雜質(zhì)和缺陷也會(huì)對(duì)載流子濃度產(chǎn)生影響。在合金制備過程中，可能會(huì)引入一些雜質(zhì)原子，這些雜質(zhì)原子會(huì)在能帶中引入雜質(zhì)能級(jí)。一些施主雜質(zhì)會(huì)向?qū)峁╇娮樱黾与娮訚舛?；而受主雜質(zhì)會(huì)接受價(jià)帶中的電子，產(chǎn)生空穴，增加空穴濃度。通過第一性原理計(jì)算可以分析雜質(zhì)原子在合金中的電子結(jié)構(gòu)和能級(jí)分布，從而預(yù)測(cè)雜質(zhì)對(duì)載流子濃度的影響。在實(shí)際應(yīng)用中，精確控制載流子濃度對(duì)于優(yōu)化電學(xué)器件性能至關(guān)重要。在半導(dǎo)體器件中，如場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET），合適的載流子濃度可以提高器件的開關(guān)速度和工作效率。載流子遷移率也是影響電學(xué)性能的關(guān)鍵因素。載流子遷移率反映了載流子在材料中移動(dòng)的難易程度。ZnxCd1-xO合金的電子結(jié)構(gòu)會(huì)影響載流子遷移率。從原子層面來看，晶格結(jié)構(gòu)和原子間的相互作用會(huì)影響載流子的散射機(jī)制。當(dāng)晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變時(shí)，原子的相對(duì)位置改變，會(huì)導(dǎo)致載流子在運(yùn)動(dòng)過程中與晶格原子發(fā)生散射，從而降低遷移率。在ZnxCd1-xO合金中，隨著Cd含量的增加，晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，晶格畸變可能會(huì)增大，進(jìn)而影響載流子遷移率。電子與雜質(zhì)、缺陷的相互作用也會(huì)影響遷移率。雜質(zhì)原子和缺陷會(huì)在晶格中形成局部的電荷分布不均勻區(qū)域，載流子在通過這些區(qū)域時(shí)會(huì)受到散射，降低遷移率。通過研究合金的電子結(jié)構(gòu)，可以分析雜質(zhì)和缺陷對(duì)載流子遷移率的影響機(jī)制。在實(shí)際應(yīng)用中，提高載流子遷移率可以降低器件的電阻，提高電學(xué)性能。在高速電子器件中，高遷移率的材料能夠?qū)崿F(xiàn)更快的信號(hào)傳輸和更低的功耗。因此，深入理解ZnxCd1-xO合金電子結(jié)構(gòu)與載流子濃度、遷移率的關(guān)系，對(duì)于開發(fā)高性能的電學(xué)器件具有重要意義。四、巖鹽結(jié)構(gòu)化合物電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究4.1典型巖鹽結(jié)構(gòu)化合物電子結(jié)構(gòu)計(jì)算4.1.1選擇研究對(duì)象本研究選取了NaCl和MgO作為典型的巖鹽結(jié)構(gòu)化合物進(jìn)行深入研究。NaCl是最為典型的巖鹽結(jié)構(gòu)化合物之一，其晶體結(jié)構(gòu)中，Na?離子和Cl?離子交替排列，形成面心立方晶格。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且具有代表性，對(duì)NaCl的研究能夠?yàn)槔斫鈳r鹽結(jié)構(gòu)化合物的基本電子結(jié)構(gòu)特征提供基礎(chǔ)。在離子晶體研究中，NaCl常被作為標(biāo)準(zhǔn)模型，通過對(duì)其電子結(jié)構(gòu)的研究，可以建立起離子鍵、電子云分布等基本概念，進(jìn)而拓展到其他復(fù)雜的巖鹽結(jié)構(gòu)化合物。在研究離子晶體的電學(xué)性質(zhì)時(shí)，以NaCl為基礎(chǔ)，能夠深入分析離子在電場(chǎng)作用下的遷移機(jī)制和電子的傳導(dǎo)過程。同時(shí)，NaCl在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用，如在食品調(diào)味、化工原料、醫(yī)藥等領(lǐng)域都不可或缺。在化工生產(chǎn)中，NaCl是制備氯氣、燒堿等重要化學(xué)品的基礎(chǔ)原料，對(duì)其電子結(jié)構(gòu)的深入了解有助于優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量。MgO同樣具有巖鹽結(jié)構(gòu)，與NaCl相比，MgO中的離子鍵具有更強(qiáng)的離子性。由于Mg2?離子的電荷數(shù)比Na?離子多，且離子半徑相對(duì)較小，使得MgO中的離子鍵強(qiáng)度更大。這種差異導(dǎo)致MgO在物理性質(zhì)上與NaCl有很大不同，如MgO具有更高的熔點(diǎn)（2852℃）和硬度。研究MgO的電子結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步探究離子鍵強(qiáng)度、離子電荷數(shù)和離子半徑等因素對(duì)巖鹽結(jié)構(gòu)化合物電子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)的影響機(jī)制。在材料科學(xué)中，MgO作為一種重要的耐火材料和陶瓷材料，其電子結(jié)構(gòu)與材料的高溫穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性等性能密切相關(guān)。通過研究MgO的電子結(jié)構(gòu)，可以為其在高溫環(huán)境下的應(yīng)用提供理論依據(jù)，如在冶金工業(yè)中，MgO常用于制作耐火坩堝，研究其電子結(jié)構(gòu)有助于提高坩堝的使用壽命和性能。此外，MgO在電子器件領(lǐng)域也有潛在應(yīng)用，如作為絕緣材料，對(duì)其電子結(jié)構(gòu)的研究可以優(yōu)化其絕緣性能，滿足電子器件對(duì)高性能絕緣材料的需求。4.1.2計(jì)算結(jié)果展示與分析通過基于第一性原理的計(jì)算，獲得了NaCl和MgO的電子結(jié)構(gòu)信息，包括能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度等。圖3展示了NaCl的能帶結(jié)構(gòu)，從圖中可以看出，NaCl的能帶結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出典型的離子晶體特征。價(jià)帶主要由Cl?離子的3p軌道電子構(gòu)成，在價(jià)帶頂，Cl?離子3p軌道電子形成了較為平坦的區(qū)域，這表明這些電子具有一定的定域性。導(dǎo)帶則主要由Na?離子的3s軌道電子貢獻(xiàn)，導(dǎo)帶底相對(duì)較為陡峭，說明電子在導(dǎo)帶中的離域性較強(qiáng)。在價(jià)帶中，Cl?離子3p軌道電子之間存在一定的相互作用，使得價(jià)帶的態(tài)密度分布呈現(xiàn)出復(fù)雜的特征。而在導(dǎo)帶中，Na?離子3s軌道電子的能量分布相對(duì)較寬，有利于電子的傳導(dǎo)。NaCl的禁帶寬度計(jì)算值約為7.6eV，屬于寬禁帶材料，這使得NaCl在常溫下表現(xiàn)出良好的絕緣性能。由于其寬禁帶特性，電子很難從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，從而限制了電子的移動(dòng)，使得NaCl在電絕緣方面具有重要應(yīng)用。圖4為NaCl的態(tài)密度圖，進(jìn)一步分析其態(tài)密度可以發(fā)現(xiàn)，在價(jià)帶中，Cl?離子3p軌道電子在-10eV到-2eV范圍內(nèi)有明顯的態(tài)密度峰，表明這些能量區(qū)域內(nèi)電子分布較為集中。在-6eV左右，態(tài)密度出現(xiàn)一個(gè)較強(qiáng)的峰，這主要是由于Cl?離子3p軌道電子的特定能量分布導(dǎo)致的。在導(dǎo)帶中，Na?離子3s軌道電子在0eV到10eV范圍內(nèi)對(duì)態(tài)密度有貢獻(xiàn)，在導(dǎo)帶底附近，Na?離子3s軌道電子的態(tài)密度出現(xiàn)一個(gè)小峰，說明在導(dǎo)帶底處，Na?離子3s軌道電子有一定的分布。從總態(tài)密度來看，價(jià)帶和導(dǎo)帶之間存在明顯的能隙，這與能帶結(jié)構(gòu)中禁帶寬度的結(jié)果一致。對(duì)于MgO，其能帶結(jié)構(gòu)如圖5所示。MgO的價(jià)帶主要由O2?離子的2p軌道電子組成，導(dǎo)帶則主要源于Mg2?離子的3s軌道電子。與NaCl相比，MgO的禁帶寬度更大，計(jì)算值約為8.8eV。這是因?yàn)镸g2?離子的電荷數(shù)比Na?離子多，對(duì)電子的束縛作用更強(qiáng)，使得電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶需要更高的能量。在價(jià)帶頂，O2?離子2p軌道電子形成了較為平坦的區(qū)域，電子定域性較強(qiáng)。而導(dǎo)帶底相對(duì)較窄，電子離域性相對(duì)較弱。由于Mg2?離子與O2?離子之間的離子鍵強(qiáng)度較大，電子云分布相對(duì)集中，導(dǎo)致導(dǎo)帶底的電子態(tài)密度分布較為狹窄。MgO的態(tài)密度圖（圖6）顯示，在價(jià)帶中，O2?離子2p軌道電子在-10eV到-3eV范圍內(nèi)有顯著的態(tài)密度峰，在-6eV到-4eV之間，態(tài)密度峰較為尖銳，表明該能量區(qū)域內(nèi)O2?離子2p軌道電子分布集中。這是由于O2?離子的電子結(jié)構(gòu)和與Mg2?離子的相互作用導(dǎo)致的。在導(dǎo)帶中，Mg2?離子3s軌道電子在0eV到10eV范圍內(nèi)對(duì)態(tài)密度有貢獻(xiàn)，在導(dǎo)帶底附近，Mg2?離子3s軌道電子的態(tài)密度相對(duì)較低。這是因?yàn)镸g2?離子的3s軌道電子在形成離子鍵后，電子云分布發(fā)生變化，導(dǎo)致在導(dǎo)帶底的態(tài)密度較低。從總態(tài)密度來看，MgO的價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的能隙明顯，與能帶結(jié)構(gòu)中的禁帶寬度相符。通過對(duì)比NaCl和MgO的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，盡管它們都具有巖鹽結(jié)構(gòu)，但由于陽離子和陰離子的不同，其電子結(jié)構(gòu)存在明顯差異。這些差異不僅體現(xiàn)在能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度分布上，還反映在化合物的物理性質(zhì)上。MgO較高的禁帶寬度使其在絕緣性能上優(yōu)于NaCl，而NaCl相對(duì)較窄的禁帶寬度在一些特定的應(yīng)用場(chǎng)景中可能具有優(yōu)勢(shì)，如在某些離子導(dǎo)體材料中，適當(dāng)?shù)慕麕挾扔欣陔x子的傳導(dǎo)。對(duì)NaCl和MgO電子結(jié)構(gòu)的研究，為深入理解巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的電子結(jié)構(gòu)特征和物理性質(zhì)提供了重要依據(jù)，也為進(jìn)一步研究其他巖鹽結(jié)構(gòu)化合物奠定了基礎(chǔ)。4.2巖鹽結(jié)構(gòu)化合物電子結(jié)構(gòu)的共性與特性4.2.1共性特征從化學(xué)鍵角度來看，巖鹽結(jié)構(gòu)化合物中陽離子和陰離子之間主要通過離子鍵相互作用。以NaCl和MgO為例，在NaCl中，Na?離子和Cl?離子之間的靜電引力形成離子鍵，這種離子鍵使得離子在晶格中相對(duì)穩(wěn)定地排列。在MgO中，Mg2?離子和O2?離子之間同樣通過離子鍵結(jié)合。離子鍵的形成源于陽離子和陰離子的電荷差異，陽離子失去電子形成正離子，陰離子得到電子形成負(fù)離子，它們之間的靜電作用使晶體結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。由于離子鍵的作用，巖鹽結(jié)構(gòu)化合物通常具有較高的熔點(diǎn)和硬度。MgO的熔點(diǎn)高達(dá)2852℃，這是因?yàn)橐茐腗g2?離子和O2?離子之間的離子鍵需要較高的能量。在晶體中，離子鍵的強(qiáng)度較大，使得晶體在宏觀上表現(xiàn)出較高的硬度。在受到外力作用時(shí)，離子鍵能夠抵抗一定程度的變形，從而保持晶體的完整性。從能帶結(jié)構(gòu)角度分析，巖鹽結(jié)構(gòu)化合物大多具有明顯的禁帶。在NaCl中，禁帶寬度計(jì)算值約為7.6eV，MgO的禁帶寬度計(jì)算值約為8.8eV。在價(jià)帶中，主要由陰離子的價(jià)電子軌道構(gòu)成，如NaCl的價(jià)帶主要由Cl?離子的3p軌道電子構(gòu)成，MgO的價(jià)帶主要由O2?離子的2p軌道電子組成。這些陰離子的價(jià)電子在價(jià)帶中形成相對(duì)穩(wěn)定的電子態(tài)。導(dǎo)帶則主要由陽離子的外層電子軌道貢獻(xiàn)，如NaCl的導(dǎo)帶主要由Na?離子的3s軌道電子貢獻(xiàn)，MgO的導(dǎo)帶主要源于Mg2?離子的3s軌道電子。這種能帶結(jié)構(gòu)使得電子在價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的躍遷需要一定的能量，即禁帶寬度。由于禁帶的存在，在常溫下，電子很難從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，使得巖鹽結(jié)構(gòu)化合物在電學(xué)性質(zhì)上通常表現(xiàn)為絕緣體或半導(dǎo)體。在一些應(yīng)用中，如作為絕緣材料，巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的這種電學(xué)性質(zhì)得到了充分利用。在態(tài)密度分布上，巖鹽結(jié)構(gòu)化合物也具有一定的共性。在價(jià)帶區(qū)域，態(tài)密度分布主要反映了陰離子價(jià)電子軌道的貢獻(xiàn)。在NaCl的價(jià)帶中，Cl?離子3p軌道電子在-10eV到-2eV范圍內(nèi)有明顯的態(tài)密度峰，表明這些能量區(qū)域內(nèi)電子分布較為集中。在MgO的價(jià)帶中，O2?離子2p軌道電子在-10eV到-3eV范圍內(nèi)有顯著的態(tài)密度峰。這些峰的存在表明在價(jià)帶中，陰離子的價(jià)電子在特定能量區(qū)域內(nèi)具有較高的態(tài)密度，即電子在這些能量狀態(tài)下存在的概率較大。在導(dǎo)帶區(qū)域，態(tài)密度分布主要與陽離子的外層電子軌道相關(guān)。在NaCl的導(dǎo)帶中，Na?離子3s軌道電子在0eV到10eV范圍內(nèi)對(duì)態(tài)密度有貢獻(xiàn)，在導(dǎo)帶底附近，Na?離子3s軌道電子的態(tài)密度出現(xiàn)一個(gè)小峰。在MgO的導(dǎo)帶中，Mg2?離子3s軌道電子在0eV到10eV范圍內(nèi)對(duì)態(tài)密度有貢獻(xiàn)，在導(dǎo)帶底附近，Mg2?離子3s軌道電子的態(tài)密度相對(duì)較低。這種態(tài)密度分布特征反映了陽離子外層電子在導(dǎo)帶中的能量分布和電子態(tài)的特征。4.2.2特性差異不同巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的電子結(jié)構(gòu)存在顯著的特性差異，這些差異主要源于原子種類和離子半徑等因素的影響。原子種類的不同導(dǎo)致電子結(jié)構(gòu)的差異十分明顯。在NaCl和MgO中，由于陽離子Na?和Mg2?以及陰離子Cl?和O2?的電子結(jié)構(gòu)不同，使得它們的電子結(jié)構(gòu)存在很大區(qū)別。從離子電荷數(shù)來看，Mg2?離子的電荷數(shù)為+2，而Na?離子的電荷數(shù)為+1，這使得Mg2?離子對(duì)電子的吸引作用更強(qiáng)。在MgO中，Mg2?離子與O2?離子之間的離子鍵強(qiáng)度更大，電子云分布相對(duì)更集中于離子周圍。這種電子云分布的差異導(dǎo)致MgO的禁帶寬度比NaCl更大。在能帶結(jié)構(gòu)中，由于Mg2?離子對(duì)電子的束縛作用更強(qiáng)，電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶需要更高的能量，從而使得MgO的禁帶寬度增大。在態(tài)密度分布上，不同原子種類的電子軌道能量和電子云分布不同，導(dǎo)致態(tài)密度的分布特征也不同。Cl?離子的3p軌道電子和O2?離子的2p軌道電子在能量和電子云分布上存在差異，使得NaCl和MgO的價(jià)帶態(tài)密度分布有明顯區(qū)別。離子半徑也是影響巖鹽結(jié)構(gòu)化合物電子結(jié)構(gòu)的重要因素。一般來說，離子半徑的變化會(huì)影響離子間的距離和電子云的重疊程度，進(jìn)而影響電子結(jié)構(gòu)。在巖鹽結(jié)構(gòu)中，陽離子和陰離子的半徑比會(huì)影響離子的配位數(shù)和晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。當(dāng)陽離子半徑增大時(shí)，為了保持晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，陰離子可能需要調(diào)整其排列方式，這會(huì)導(dǎo)致電子云的分布發(fā)生變化。在一些巖鹽結(jié)構(gòu)化合物中，如果陽離子半徑過大，可能會(huì)導(dǎo)致離子鍵的強(qiáng)度減弱，因?yàn)殡x子間的距離增大，靜電引力減小。在電子結(jié)構(gòu)上，這種變化可能表現(xiàn)為能帶結(jié)構(gòu)的改變，如禁帶寬度的變化。當(dāng)離子鍵強(qiáng)度減弱時(shí)，電子更容易在離子間移動(dòng)，可能導(dǎo)致禁帶寬度減小。離子半徑的變化還會(huì)影響態(tài)密度分布。由于離子半徑的改變會(huì)影響電子云的重疊程度，從而影響電子在不同能量狀態(tài)下的分布，導(dǎo)致態(tài)密度分布發(fā)生變化。4.3巖鹽結(jié)構(gòu)化合物電子結(jié)構(gòu)與性能關(guān)聯(lián)4.3.1力學(xué)性能巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的電子結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能之間存在著緊密的內(nèi)在聯(lián)系。從硬度角度來看，離子鍵的強(qiáng)度對(duì)硬度有著關(guān)鍵影響。在巖鹽結(jié)構(gòu)中，陽離子和陰離子之間通過離子鍵相互作用，離子鍵的強(qiáng)度決定了晶體抵抗外力變形的能力。以MgO為例，由于Mg2?離子的電荷數(shù)比Na?離子多，且離子半徑相對(duì)較小，使得MgO中的離子鍵強(qiáng)度比NaCl中的離子鍵強(qiáng)度更大。這種較強(qiáng)的離子鍵使得MgO在受到外力作用時(shí)，離子間的相對(duì)位移更加困難，從而表現(xiàn)出更高的硬度。從電子結(jié)構(gòu)角度分析，離子鍵的強(qiáng)度與離子間的電子云分布密切相關(guān)。在MgO中，Mg2?離子和O2?離子之間的電子云分布相對(duì)更集中于離子周圍，形成了較強(qiáng)的靜電引力，即離子鍵。當(dāng)外力試圖使晶體發(fā)生變形時(shí)，需要克服這種強(qiáng)大的離子鍵力，因此MgO具有較高的硬度。而在NaCl中，離子鍵強(qiáng)度相對(duì)較弱，離子間的電子云分布相對(duì)較分散，使得其硬度低于MgO。彈性模量是衡量材料抵抗彈性變形能力的重要參數(shù)，它也與巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的電子結(jié)構(gòu)相關(guān)。彈性模量與離子間的相互作用能有關(guān)。在巖鹽結(jié)構(gòu)化合物中，離子間的相互作用能越大，彈性模量就越高。這是因?yàn)楫?dāng)材料受到外力作用發(fā)生彈性變形時(shí)，離子間的距離會(huì)發(fā)生微小變化，相互作用能也會(huì)隨之改變。相互作用能大的材料，在離子間距離變化時(shí)，需要消耗更多的能量來克服離子間的相互作用力，從而表現(xiàn)出較高的彈性模量。從電子結(jié)構(gòu)層面來看，離子間的相互作用能與離子的電荷數(shù)、離子半徑以及電子云分布有關(guān)。在具有巖鹽結(jié)構(gòu)的CaO中，Ca2?離子的電荷數(shù)為+2，離子半徑相對(duì)較大。由于Ca2?離子的電荷數(shù)較多，與O2?離子之間的靜電引力較強(qiáng)，同時(shí)其較大的離子半徑也會(huì)影響電子云的分布，使得離子間的相互作用能較大。這導(dǎo)致CaO具有較高的彈性模量，在受到外力作用時(shí)，能夠保持較好的彈性穩(wěn)定性。相比之下，一些電荷數(shù)較少、離子半徑較小的陽離子組成的巖鹽結(jié)構(gòu)化合物，其離子間相互作用能相對(duì)較小，彈性模量也較低。4.3.2化學(xué)穩(wěn)定性巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的電子結(jié)構(gòu)對(duì)其化學(xué)穩(wěn)定性有著重要影響，這種影響主要體現(xiàn)在電子云分布和化學(xué)鍵強(qiáng)度與化學(xué)穩(wěn)定性的關(guān)系上。從電子云分布角度來看，電子云的分布情況決定了原子或離子對(duì)外界化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)活性。在巖鹽結(jié)構(gòu)化合物中，陽離子和陰離子的電子云分布相對(duì)集中在離子周圍。在NaCl中，Na?離子和Cl?離子的電子云分別圍繞各自的離子，形成相對(duì)穩(wěn)定的電子結(jié)構(gòu)。這種電子云分布使得NaCl在常溫常壓下具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，不易與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。然而，當(dāng)外界條件發(fā)生變化時(shí)，如溫度升高或存在強(qiáng)氧化劑時(shí)，電子云的分布可能會(huì)發(fā)生改變。在高溫下，離子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，電子云的分布會(huì)變得更加彌散，使得離子的反應(yīng)活性增加。如果存在強(qiáng)氧化劑，氧化劑分子可能會(huì)與NaCl中的離子發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，改變電子云的分布，從而引發(fā)化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)鍵強(qiáng)度是影響化學(xué)穩(wěn)定性的另一個(gè)重要因素。在巖鹽結(jié)構(gòu)化合物中，離子鍵的強(qiáng)度決定了化合物抵抗化學(xué)反應(yīng)的能力。以MgO為例，其離子鍵強(qiáng)度較大，使得MgO在化學(xué)性質(zhì)上相對(duì)穩(wěn)定。在一般的化學(xué)反應(yīng)條件下，很難破壞MgO中的離子鍵，從而使其不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。而對(duì)于一些離子鍵強(qiáng)度較弱的巖鹽結(jié)構(gòu)化合物，如某些鹵化物，其化學(xué)穩(wěn)定性相對(duì)較差。在遇到水或其他化學(xué)試劑時(shí)，較弱的離子鍵容易被破壞，導(dǎo)致化合物發(fā)生分解或與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。在一些巖鹽結(jié)構(gòu)的金屬鹵化物中，由于鹵離子與金屬離子之間的離子鍵強(qiáng)度相對(duì)較弱，當(dāng)它們與水接觸時(shí)，水分子會(huì)與離子發(fā)生相互作用，破壞離子鍵，使化合物溶解并發(fā)生水解反應(yīng)。因此，巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的電子云分布和化學(xué)鍵強(qiáng)度共同決定了其化學(xué)穩(wěn)定性，深入研究這些因素有助于更好地理解和調(diào)控巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的化學(xué)性質(zhì)。五、對(duì)比與討論5.1ZnxCd1-xO合金與巖鹽結(jié)構(gòu)化合物電子結(jié)構(gòu)對(duì)比在能帶結(jié)構(gòu)方面，ZnxCd1-xO合金與巖鹽結(jié)構(gòu)化合物存在顯著差異。ZnxCd1-xO合金的能帶結(jié)構(gòu)隨Zn、Cd含量變化而改變，呈現(xiàn)出連續(xù)的變化趨勢(shì)。當(dāng)Zn含量較高時(shí)，合金更接近ZnO的能帶特征，導(dǎo)帶底主要由Zn原子的4s軌道電子構(gòu)成，價(jià)帶頂主要由O原子的2p軌道電子構(gòu)成。隨著Cd含量增加，Cd原子的5s軌道電子對(duì)導(dǎo)帶底的貢獻(xiàn)逐漸增大，導(dǎo)致導(dǎo)帶底能量降低，禁帶寬度減小。這種連續(xù)的能帶變化是由于Zn和Cd原子在合金中的逐漸替代，使得電子軌道的相互作用發(fā)生連續(xù)改變。相比之下，巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的能帶結(jié)構(gòu)相對(duì)較為穩(wěn)定，主要取決于陽離子和陰離子的種類。以NaCl為例，其價(jià)帶主要由Cl?離子的3p軌道電子構(gòu)成，導(dǎo)帶主要由Na?離子的3s軌道電子貢獻(xiàn)，禁帶寬度相對(duì)固定，約為7.6eV。在MgO中，價(jià)帶主要由O2?離子的2p軌道電子組成，導(dǎo)帶主要源于Mg2?離子的3s軌道電子，禁帶寬度約為8.8eV。巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的能帶結(jié)構(gòu)相對(duì)固定是因?yàn)槠渚w結(jié)構(gòu)中陽離子和陰離子的排列方式較為規(guī)則，離子鍵的強(qiáng)度和電子云分布相對(duì)穩(wěn)定。在態(tài)密度分布上，兩者也有明顯區(qū)別。ZnxCd1-xO合金的態(tài)密度分布隨著成分變化而改變。在x=0（純ZnO）時(shí)，價(jià)帶主要在-10eV到0eV之間，O原子2p軌道對(duì)態(tài)密度貢獻(xiàn)較大，導(dǎo)帶主要在3eV到10eV之間，Zn原子4s軌道電子對(duì)導(dǎo)帶底態(tài)密度貢獻(xiàn)明顯。當(dāng)x=0.5時(shí)，隨著Cd原子加入，Cd原子的5s軌道電子對(duì)導(dǎo)帶底態(tài)密度貢獻(xiàn)增大，價(jià)帶中由于Cd原子與O原子的相互作用，態(tài)密度分布也發(fā)生改變。而巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的態(tài)密度分布具有一定的共性特征。在價(jià)帶區(qū)域，態(tài)密度主要反映陰離子價(jià)電子軌道的貢獻(xiàn)。在NaCl的價(jià)帶中，Cl?離子3p軌道電子在-10eV到-2eV范圍內(nèi)有明顯的態(tài)密度峰。在MgO的價(jià)帶中，O2?離子2p軌道電子在-10eV到-3eV范圍內(nèi)有顯著的態(tài)密度峰。在導(dǎo)帶區(qū)域，態(tài)密度主要與陽離子的外層電子軌道相關(guān)。在NaCl的導(dǎo)帶中，Na?離子3s軌道電子在0eV到10eV范圍內(nèi)對(duì)態(tài)密度有貢獻(xiàn)。在MgO的導(dǎo)帶中，Mg2?離子3s軌道電子在0eV到10eV范圍內(nèi)對(duì)態(tài)密度有貢獻(xiàn)。造成這些差異的原因主要在于晶體結(jié)構(gòu)和原子組成的不同。ZnxCd1-xO合金的晶體結(jié)構(gòu)在ZnO的纖鋅礦結(jié)構(gòu)和CdO的立方巖鹽結(jié)構(gòu)之間變化，原子組成中Zn和Cd的比例不斷改變，導(dǎo)致電子云分布和原子間相互作用復(fù)雜多變，從而使能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度分布呈現(xiàn)連續(xù)變化。而巖鹽結(jié)構(gòu)化合物具有規(guī)則的面心立方晶格結(jié)構(gòu)，陽離子和陰離子的種類相對(duì)固定，離子鍵的作用相對(duì)穩(wěn)定，使得其電子結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度分布也較為固定。5.2研究結(jié)果的理論與實(shí)際應(yīng)用探討從理論層面而言，本研究對(duì)ZnxCd1-xO合金和巖鹽結(jié)構(gòu)化合物電子結(jié)構(gòu)的深入剖析，為材料電子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展貢獻(xiàn)了關(guān)鍵數(shù)據(jù)與理論依據(jù)。在ZnxCd1-xO合金的研究中，明確了Zn、Cd含量以及晶格結(jié)構(gòu)對(duì)電子結(jié)構(gòu)的影響機(jī)制，這有助于進(jìn)一步完善半導(dǎo)體合金電子結(jié)構(gòu)理論。在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體合金理論中，對(duì)于合金成分與晶格結(jié)構(gòu)協(xié)同作用于電子結(jié)構(gòu)的研究相對(duì)薄弱，本研究通過精確的第一性原理計(jì)算，揭示了Zn和Cd原子在合金中的電子軌道相互作用以及晶格結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致的電子云分布改變，填補(bǔ)了這一理論空白，為深入理解半導(dǎo)體合金的物理性質(zhì)提供了更全面的理論框架。在巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的研究中，總結(jié)出的化學(xué)鍵、能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度分布的共性與特性，為理解離子晶體的電子結(jié)構(gòu)提供了普適性的理論基礎(chǔ)。通過對(duì)不同巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的對(duì)比分析，明確了原子種類和離子半徑等因素對(duì)電子結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，這有助于建立更加準(zhǔn)確的離子晶體電子結(jié)構(gòu)模型，豐富了材料電子結(jié)構(gòu)理論的內(nèi)涵。在研究離子晶體的電學(xué)性質(zhì)時(shí)，本研究的結(jié)果可以為解釋離子傳導(dǎo)機(jī)制提供理論支持，進(jìn)一步完善離子晶體電學(xué)性質(zhì)的理論體系。在實(shí)際應(yīng)用方面，本研究成果在材料設(shè)計(jì)和器件制備等領(lǐng)域具有重要的指導(dǎo)意義。在材料設(shè)計(jì)中，對(duì)于ZnxCd1-xO合金，由于明確了其電子結(jié)構(gòu)與光學(xué)、電學(xué)性能的關(guān)系，能夠根據(jù)不同的應(yīng)用需求，精準(zhǔn)地設(shè)計(jì)合金成分和制備工藝。在設(shè)計(jì)光電器件時(shí)，可以通過調(diào)整Zn、Cd含量來精確調(diào)控合金的禁帶寬度，使其滿足特定波長(zhǎng)光的發(fā)射或吸收需求。在制備藍(lán)光發(fā)光二極管時(shí)，可以通過控制合金中Cd的含量，使合金的禁帶寬度與藍(lán)光光子能量匹配，從而實(shí)現(xiàn)高效的藍(lán)光發(fā)射。在電學(xué)器件設(shè)計(jì)中，根據(jù)對(duì)載流子濃度和遷移率與電子結(jié)構(gòu)關(guān)系的研究，可以優(yōu)化合金的電學(xué)性能，提高器件的工作效率和穩(wěn)定性。在制備場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，可以通過調(diào)整合金的電子結(jié)構(gòu)，優(yōu)化載流子的傳輸特性，降低器件的電阻，提高開關(guān)速度。對(duì)于巖鹽結(jié)構(gòu)化合物，基于對(duì)其電子結(jié)構(gòu)與力學(xué)、化學(xué)穩(wěn)定性關(guān)系的研究，可以為開發(fā)新型結(jié)構(gòu)材料和化學(xué)穩(wěn)定材料提供設(shè)計(jì)思路。在開發(fā)高溫結(jié)構(gòu)材料時(shí)，可以選擇離子鍵強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好的巖鹽結(jié)構(gòu)化合物，通過優(yōu)化其電子結(jié)構(gòu)，提高材料的高溫力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性。在冶金工業(yè)中，選擇具有合適電子結(jié)構(gòu)的巖鹽結(jié)構(gòu)化合物作為耐火材料，可以提高耐火材料的使用壽命和性能。在化學(xué)工業(yè)中，利用巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的化學(xué)穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)新型的催化劑載體，通過調(diào)控其電子結(jié)構(gòu)，提高催化劑的活性和選擇性。本研究結(jié)果在光電器件、傳感器、能源材料等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。在光電器件領(lǐng)域，ZnxCd1-xO合金可用于制備高性能的紫外探測(cè)器、發(fā)光二極管和激光二極管等。在傳感器領(lǐng)域，利用其對(duì)某些氣體的吸附和電學(xué)響應(yīng)特性，可開發(fā)出高靈敏度的氣體傳感器。在能源材料領(lǐng)域，巖鹽結(jié)構(gòu)化合物可用于開發(fā)新型的電池材料和催化劑，提高能源轉(zhuǎn)換效率和存儲(chǔ)性能。在鋰離子電池中，通過研究巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的電子結(jié)構(gòu)，開發(fā)新型的正極材料，提高電池的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。5.3研究的創(chuàng)新點(diǎn)與不足本研究在方法、結(jié)果等方面展現(xiàn)出一定的創(chuàng)新之處。在研究方法上，運(yùn)用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法，對(duì)ZnxCd1-xO合金和巖鹽結(jié)構(gòu)化合物進(jìn)行研究。這種方法從量子力學(xué)的基本原理出發(fā)，不依賴于經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，能夠深入原子層面，準(zhǔn)確地描述電子結(jié)構(gòu)和原子間相互作用。在處理ZnxCd1-xO合金中Zn和Cd原子的不同電子軌道相互作用時(shí)，第一性原理計(jì)算能夠精確地給出電子云分布和能量狀態(tài)，為理解合金的電子結(jié)構(gòu)提供了微觀層面的深入認(rèn)識(shí)。在研究巖鹽結(jié)構(gòu)化合物時(shí)，通過精確的第一性原理計(jì)算，能夠清晰地分析離子鍵的特性和電子云分布，揭示化合物的電子結(jié)構(gòu)特征。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究方法相比，第一性原理計(jì)算能夠在原子尺度上進(jìn)行模擬和分析，避免了實(shí)驗(yàn)條件的限制，為材料研究提供了一種高效、準(zhǔn)確的研究手段。在研究結(jié)果方面，本研究取得了一些新的發(fā)現(xiàn)。對(duì)于ZnxCd1-xO合金，系統(tǒng)地研究了不同成分下合金的電子結(jié)構(gòu)，明確了Zn、Cd含量以及晶格結(jié)構(gòu)對(duì)電子結(jié)構(gòu)的影響機(jī)制。通過計(jì)算不同x值下合金的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度，發(fā)現(xiàn)隨著Cd含量的增加，合金的禁帶寬度逐漸減小，且導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂?shù)碾娮討B(tài)分布發(fā)生明顯變化。這種對(duì)合金電子結(jié)構(gòu)隨成分變化的詳細(xì)研究，為進(jìn)一步理解合金的物理性質(zhì)提供了重要依據(jù)。在巖鹽結(jié)構(gòu)化合物的研究中，總結(jié)出了不同化合物在化學(xué)鍵、能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度分布上的共性與特性。通過對(duì)比NaCl和MgO等典型巖鹽結(jié)構(gòu)化合物，發(fā)現(xiàn)它們?cè)陔x子鍵強(qiáng)度、禁帶寬度和態(tài)密度分布等方面存在差異，且這些差異與原子種類和離子半徑等因素密切相關(guān)。這種對(duì)巖鹽結(jié)構(gòu)化合物電子結(jié)構(gòu)共性與特性的總結(jié)，為深入理解離子晶體的電子結(jié)構(gòu)提供了新的視角。然而，本研究也存在一些不足之處。在計(jì)算精度方面，盡管第一性原理計(jì)算