新型镥基闪烁体缺陷的理论研究

本项目采用第一性原理研究闪烁体中的缺陷情况，主要研究内容包括了缺陷的形式，形成过程，形成能，缺陷跃迁能级以及缺陷对于闪烁体性能的影响，进而提出针对提高闪烁体性能的缺陷调控手段，为新型闪烁体的研制提出科学依据。该项目按照计划进行，并进行了一定拓展，圆满完成了既定目标。取得主要成果如下：（1）理论研究了Lu2Si2O7:Ce（LPS）中氧空位和Ce离子替位形成的缺陷情况。确定了氧空位的形成方式及其形成能，Ce离子作为重要的掺杂离子可能占据的格位情况，并进一步考虑复合缺陷情况，分析了Ce离子产生的电荷迁移跃迁对于发光机理的不同影响，结合缺陷形式，形成能及跃迁能量给出了完整的有关LPS中与缺陷相关的闪烁特性图像，为进一步优化该材料提出了科学依据。（2）系统研究了闪烁体CuX（X=Cl,Br,I）的电子结构和光学性质。分析了电子结构的组成及其对于光学性质和发光性质的影响，并实验结果比较，获得了重要的信息。采用第一性原理研究了新型闪烁体LuI3的结构性质及其电子性质。获得了与闪烁相关的电子结构信息。（3）研究了ZnO掺杂F离子和Cl离子，形成的缺陷情况。这两种掺杂是目前消除氧空位的重要方法，系统研究了卤素离子掺杂可能进入的格位，通过缺陷形成能的计算和缺陷跃迁能级的确定，与实验结果比较，分析了掺杂引起施主或受主能级的可能性及其对发光性质的影响，结果表明掺杂F离子导致的大的跃迁能量不可能成为载流子增加的来源，而Cl离子掺杂形成的跃迁能量较小，表现出了施主特性，可能会对载流子的增加起到贡献。（4）SrAl2O4的结构、电子、晶格动力学和介电性质。该材料是重要的发光材料，我们对其进行了密度泛函理论框架下的模拟计算，确定了材料的结构特性，电子结构成分，晶格动力学（声子）分布情况，以及介电性质。采用了LDA和GGA两种势场计算，获得重要信息。（5）做为拓展研究，我们利用布拉格反射镜调控CuI闪烁体中两个不同发光中心发光强度的大小，及其对发光方向性的控制。结果发现420nm发射带被显著反射增强，而410nm发射由于自吸收没有观察到增强现象，研究了发光的方向性，及其不同规律的控制可能对于闪烁体的应用起到指导作用。该项目共发表7篇SCI收录学术论文，培养研究生三名。