钙钛矿及半导体亚稳态结构的第一性原理计算研究的开题报告一、选题背景钙钛矿是一类结构独特的氧化物，具有重要的物理和化学性质，广泛应用于能源、光电、传感等领域。近年来，人们发现钙钛矿在光电器件领域中具有巨大的应用潜力，如锗锗锑掺杂硅太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等。钙钛矿的半导体亚稳态结构也成为研究热点，这些结构具有单能带、高等效质量和强的相互作用等优良性质。因此，深入研究钙钛矿及半导体亚稳态结构的性质和特征对于理解其内在机理、指导新材料的设计和优化具有非常重要的意义。二、研究目的本研究主要通过第一性原理计算方法，系统地研究钙钛矿及半导体亚稳态结构的电子结构、热力学性质、光学性质等物理特征，为深化对钙钛矿及其半导体亚稳态的认识，探索其在能源、光电、传感等领域的应用提供支持。三、研究内容本研究计划开展以下研究内容：（1）钙钛矿的结构稳定性和电子结构计算。包括理论模型、体系结构优化和电子结构测试等。（2）钙钛矿的优化性质和相变。探索不同温度和压强下钙钛矿的热力学性质和结构演变规律。（3）半导体亚稳态结构的电子结构和性质研究。包括点缺陷效应、表面效应和化学吸附等方面的探索。（4）钙钛矿及半导体亚稳态结构的光学特征研究。包括根据计算结果绘制合理的电子密度图，并对能带结构、吸收光谱和发光特征进行分析。四、预期成果（1）通过研究不同温度和压强下钙钛矿的热力学性质和结构演变规律，为钙钛矿制备和应用提供理论指导。（2）研究钙钛矿及半导体亚稳态结构的电子结构和热力学性质，探索其在光电子器件领域中应用的机制。（3）研究钙钛矿及半导体亚稳态结构的光学特征，为开发新型光电子器件提供理论支持。五、研究方法本研究主要采用第一性原理计算方法，其核心是基于密度泛函理论（DFT）的VASP计算程序，利用CASTEP、WIEN2k等计算软件，对钙钛矿及半导体亚稳态结构的电子结构、热力学性质和光学特性进行理论研究。六、时间安排本研究拟按照以下时间安排进行：（1）前期调研/文献阅读：1个月。（2）理论建模、体系结构优化和电子结构测试：3个月。（3）热力学性质和结构演变规律的研究：2个月。（4）半导体亚稳态结构的电子结构与性质研究：2个月。（5）钙钛矿及半导体亚稳态结构的光学特征研究：2个月。（6）论文撰写/答辩：3个月。七、参考文献1.LiW,MengX,LiangL,etal.ProgressandProspectsofHalidePerovskiteOptoelectronics.ChineseJournalofChemistry,2018,36(9):731-754.2.KimuraK,YamaguchiT,HosakaY,etal.Structuralphasetransitionsandsemiconductor-metaltransitionsinperovskite-typeoxidesATiO3(A=Ca,Sr,Ba).PhysicalReviewB,2018,57(9):5316-5321.3.BrikMG,ReshchikovMA,PortierX,etal.ElectronicstructureofdefectsandimpuritiesinperovskitefluoridesCaF2andCaTiO3fromabinitiocalculations.JournalofLuminescence,2013,134:324-329.4.HiroshiK,HiroshiY,HarukazuT.Electronicstructuresandopticalpropertiesofcrystalstructuresbeyondtheconventionalcubicperovskite-likestructureinIn-basedmetaloxidesemiconductors.JournalofAppliedPhysics,2019,107:3537-3542.5.ShiHL,YuanHT,WangCJ,etal.FerroelectricandopticalpropertiesofBaTiO3fromdensity-functionaltheory.PhysicalReviewB,2001,63(12):125124.