Tl、Na替位掺杂CsI的第一性原理研究

采用广义梯度近似(GGA)的第一性原理计算方法分别对CsI、(CsTl)I2和(CsNa)I2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、(CsTl)I2和(CsNa)I2晶体的带隙分别为3.664 eV、2.752 eV和2.735 eV,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、(CsTl)I2和(CsNa)I2的光学吸收系数分别在光子能量小于3.7 eV、2.7 eV和2.5 eV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Tl,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.