Tl、Na替位掺杂CsI的第一性原理研究.pdfVIP

第 42卷第 6期 华 北 电 力 大 学 学 报 Vo1．42．No．6 2015年 11月 JournalofNorthChinaElectricPowerUniversity Nov．，2015 doi：10．3969／j．ISSN．1007—2691．2015．06．15 T1、Na替位掺杂 CsI的第一性原理研究 张 峥 ，赵 强 ，欧阳晓平 ， (1．华北电力大学 非能动核能安全技术北京市重点实验室，北京 102206； 2．西北核技术研究所 ，陕西 西安 710024) 摘要：采用广义梯度近似 (GGA) 的第一性原理计算方法分别对CsI、(CsT1)I：和 (CsNa)I：晶体的能带结 构、态密度和光学性质进行 了计算。计算得到：掺杂后 CsI的晶体体积有所减小，且掺入 Tl时减小更为 明 显；CsI、(CsTI)I：和 (CsNa)I晶体 的带隙分别为3．664eV、2．752eV和2．735eV，这是因为掺杂使原来 的禁带中增加 了一些激子带，表明掺杂后 电子从价带跃迁到导带所需要 的能量更小；从态密度 的分布情况来 看，掺杂后导带宽度都有所增加，靠近费米能级处的峰值宽度都增大，而且 Tl掺杂会在靠近费米能级的价 带中增加一个小峰，这些现象表明掺杂能使晶体能在受到 同样 的辐照时会产生更多的闪烁光子 ；CsI、(CsT1) I，和 (CsNa)I，的光学吸收系数分别在光子能量小于3．7eV、2．7eV和 2．5eV的范围内为零，说 明对处于 该能量范围内的光子来说，晶体是透明的，不会发生吸收。虽然掺杂使 CsI的吸收边发生了红移 ．但是整体 对低能可见光子 的吸收减少。因此 ，掺杂 T1，Na会使 闪烁体 的探测效率增加。本文的研 究工作为 CsI发光机 理研究提供理论依据，也为CsI掺杂的理论研究提供参考。 关键词 ：CsI；广义梯度近似 ；第一性原理 ；掺杂 中图分类号 ：0482 文献标识码 ：A 文章编号 ：1007～2691 (2015)06—0101—06 First-principleStudyforTI，NaSubstitutionDopingCsI ZHANGZheng，ZHAOQiang，OUYANGXiaoping。， (1．BeijingKeyLaboratoryofPassiveSafetyTechnologyforNuclearEnergy，NoahChinaElectricPower University，Beijing102206，China；2．NorthwestInstituteofNuclearTechnology，Xi’an710024，China) Abstract：Thispaperadoptsthefirst·principlescalculationmethodbasedonthegeneralizedgradientapproximation (GGA)tostudythebandstructure，densityofstatesandopticalpropertyofCsI，(CsTI)I2and(CsNa)vI2．Thecal— culationresultshowsthat：thecrystalvolumeofCsIbecomessmaller，whenitdopeswithT1orNa，andthisresultis moresignificantwhentheCsIcrystaldopeswithT1．ThebandgapsofCsI，(CsT1)I2and (CsNa)I2are3．664eV， 2．743eV and2．690eV respectively，becausedopingmakesthecrystalproduce