ZnO/GaN合金纳米线结构稳定性和电子性质的第一性原理研究

项目名称： ZnO/GaN合金纳米线结构稳定性和电子性质的第一性原理研究

项目编号： No.11204232

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 物理学I

项目作者： 张杨

作者单位： 西安交通大学

项目金额： 25万元

中文摘要： 一维ZnO/GaN合金纳米线作为新型的光催化剂，在可见光段光解水制氢的领域具有潜在的应用价值。本项目拟采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法，研究一维ZnO/GaN合金纳米线可能形成的不同构型，探讨不同的构成组分比（纳米线中ZnO与GaN成分之比）对合金纳米线结构稳定性的影响。同时，研究构成组分比对一维ZnO/GaN合金纳米线电子性质的调控关系及其作用机制，探讨量子受限效应和尺寸效应对合金纳米线电子性质的影响规律。在此基础上，研究应变引起一维ZnO/GaN合金纳米线的结构转变及对电子结构和能带结构的调控，从原子和电子层次上揭示微观结构与宏观物性之间的关联机制，为一维ZnO/GaN合金纳米线的制备、合成，以及在光催化剂领域的应用与发展提供理论基础。

中文关键词： 氧化锌/氮化镓；异质结构型纳米线；结构稳定性；电子性质；第一性原理研究

英文摘要： As a new type photocatalyst, one-dimensional (1-D) ZnO/GaN alloy nanowires have been attracted great attention due to their promising applications in hydrogen generation via water photosplitting. In this program, first-principles calculation based on density functional theory (DFT) is employed to systematically investigate the structures and electronic properties of 1-D ZnO/GaN alloy nanowires. The effects of different component ratio (the ratio of ZnO to GaN components in nanowires) on the structural stabilities and electronic properties are considered. Besides, quantum confinement effect and size effect on electronic properties are explored. Furthermore, strain-induced structural transitions and electronic properties variations are studied. And the relation mechanisms between micro-structures and macroscopic properties are analyzed from atom and electron levels. This program could provide the theoretical foundations to 1-D ZnO/GaN alloy nanowires for their experimental preparations, or even potential applications in photocatalyst area.

英文关键词： ZnO/GaN；Heterostructured nanowire；Structural stability；Electronic property；First-principles study