Cu掺杂MgF2晶体的电子结构及光学特性

张治宇 韩培德,* 张彩丽 张 雪 孙向雷 李玉平

(1太原理工大学材料科学与工程学院,太原030024;

2太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室,太原030024)

Cu掺杂MgF2晶体的电子结构及光学特性

张治宇1,2韩培德1,2,*张彩丽1,2张 雪1,2孙向雷1,2李玉平1,*

(1太原理工大学材料科学与工程学院,太原030024;

2太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室,太原030024)

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了纯的MgF2晶体和掺杂不同原子分数(2.08%,4.16%,6.24%)Cu的MgF2晶体结构、电学性质以及光学性质.结果表明:Cu的掺入导致MgF2晶体禁带宽度逐渐变窄,并且Cu掺杂使得MgF2晶体折射率和吸收峰增加,特别是在4 eV附近区域出现了新吸收峰.同时也给出了引起体系性质变化的物理机制,Cu掺杂MgF2晶体在光电化学方面有着潜在的应用价值.

密度泛函理论;电子结构;光学特性;Cu;掺杂;MgF2

1 引言

MgF2具有折射率低(n=1.38)、能隙宽(Eg=10.08 eV)、可见及近红外波段吸收率低、热稳定性好和激光损伤阈值高等优异性能,成为光学透镜、激光元件、集成光学和光纤通讯等领域的重要光学镀膜材料,1-3近年来为了开发其优异性能,MgF2的调制掺杂成为近期的研究热点.如掺钴氟化镁(Co:MgF2)可以制作成激光器,且是目前调谐范围最宽的固体可调谐激光器;4Ni掺杂MgF2将有可能在稀磁半导体掺杂中扮演重要角色;5三价稀土元素(Sm、Eu、Yb)掺杂MgF2后可以构成固体发光中心;6Cu、Cr等与MgF2复合将改善其非线性光学特性以及吸收性能,有可能在光电催化等领域具有广……