外电场下Cu12Sb4S13量子点电子结构的第一性原理计算开题报告

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1. 研究目的与意义（文献综述）

压电能量收集器可以响应环境中的振动并产生电能^[1-4]，研究人员多采用外部整流电路对压电能量收集器进行整流输出，以达到储能的目的^[5-7]。然而，当压电能量采集器产生的电能不足以启动外部整流电路时，这部分能量将被消耗，同时整流电路中较多的二极管也存着导通压降，这些都是采用外部整流电路不可避免的能量损耗^[8-10]。

根据量子传输理论相关内容，量子点（quantum dots）可以对压电材料与电极两侧的电化学电位产生自适应电导，可以实现对压电电荷的自整流^[11]。li ^[12]通过将aln压电薄膜和gaas量子点进行复合，从理论上论证了量子点整流压点电荷的可行性。在众多的量子点材料中，cu₁₂sb₄s₁₃ qds是一种典型的p型半导体材料，其具有优异的空穴迁移率、能带可调与化学稳定性等优点成为一种优异的空穴传输材料^[13]。chen^[14]等采用热注入法实现了cu₁₂sb₄s₁₃ qds尺寸和组成可控制备，并发现cu₁₂sb₄s₁₃qds具有明显的量子尺寸效应。将cu₁₂sb₄s₁₃qds与压电俘能振子复合后可利用量子点的半导体性与量子传输特性实现对压电俘能振子的自整流电输出^[15]。

压电俘能振子工作时产生的压点电荷将对量子点施加外部电场，影响着量子点的电子结构^[16-20]。量子点的电子结构对压电/量子点异质界面的电子传输性能有很大影响，外电场下cu₁₂sb₄s₁₃ qds的电子结构将发生变化，进而影响到量子点的自整流性能。当前对于外电场下cu₁₂sb₄s₁₃qds的电子结构变化规律尚不明确，而在现有技术条件难以对量子点在外电场下的电子结构进行原位表征，外电场对cu₁₂sb₄s₁₃qds电子结构影响的实验研究难度很大。因此，本课题拟采用第一性原理计算方法，研究电场对cu₁₂sb₄s₁₃qds稳定构型及其电子结构的影响，进而分析电场作用下cu₁₂sb₄s₁₃ qds对压电俘能振子电荷输出规律。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1、构建cu₁₂sb₄s₁₃ qds模型，获得最稳定的cu₁₂sb₄s₁₃qds构型

使用materials studio软件构造不同尺寸的cu₁₂sb₄s₁₃qds构型，采用castep模块对其进行几何优化，获得不同尺寸量子点的最稳定构型。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究目的和方向。确定技术方案，并完成开题报告；

第4－6周：整理资料，在任务书的基础上，设计研究方案，确定切实可行的研究路线，了解相关的结构和性能的计算方法；

第7－9周：构建不同尺寸的cu₁₂sb₄s₁₃qds模型，对量子点施加大小不同的电场，找出不同外场作用下最稳定的cu₁₂sb₄s₁₃qds模型；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] beeby s p,tudor m j, white n m. energy harvesting vibration sources for microsystemsapplications[j]. measurement science and technology, 2006, 17(12): r175.

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[3]cook-chennault, k. a., thambi, n. sastry, a. m. powering mems portabledevices - a review of non-regenerative and regenerative power supply systemswith special emphasis on piezoelectric energy harvesting systems. smartmaterials and structures 17, 043001 (2008).