低温相GeO2晶体的合成及其电子结构与光学性质第一性原理计算

通过低温水热的合成方法合成了一例新的低温相GeO2晶体(l-GeO2),并对其进行了红外光谱、热重以及X射线衍射的分析表征.晶体学测试结果表明,l-GeO2属于四方晶系,P4/mcc空间群,晶胞参数a＝b＝8.832(4)？,c＝14.479(7)？,V＝1129.4(9)？3,Z＝4,R1＝0.0629,wR2＝0.1540.晶体结构中包含一个由4个双四元环单元(D4R)和4个GeO4四面体交替相连而形成的沿[001]方向的一维(1D)12-元环孔道.采用密度泛函理论下的第一性原理平面波超软赝势方法,对l-GeO2的电子结构和光学性质进行了理论计算.计算结果表明l-GeO2为直接带隙半导体,带宽为3.31eV|其价带主要由O的2p电子构成,导带主要由Ge的4s和4p态电子构成|静态介电常数ε1(0)＝1.92,折射率n(0)＝1.24,吸收系数最大峰值为8.9×104cm－1,最大反射率为12%.比较分析了l-GeO2与石英相GeO2(q-GeO2)和金红石相GeO2(r-GeO2)的复介电函数、复折射率、吸收谱以及反射谱等光学性质的异同点.结果显示l-GeO2的能带结构和光学性质与q-GeO2较接近,与r-GeO2的相差较大.