随着计算机技术和计算方法的发展,材料计算与模拟正在当代的材料科学研究中发挥越来越重要的作用,它能节省大量的人力、物力和财力。第一性原理计算不依赖于任何经验参数,计算结果对材料性质有很强的预测性,这对材料的设计具有很强的指导意义。我们使用基于密度泛函理论的Crystal06软件包对氧化锌(ZnO)和二氧化钛(TiO2)及其掺杂体系电子结构进行了计算研究。 (一)铍(Be)掺杂ZnO的计算ZnO的禁带宽度对应于紫外光的波长,通过掺杂可以调节带宽,有望开发出ZnO基光电器件。Be是实现ZnO禁带宽度调整的合适掺杂源。首先计算了未掺杂ZnO的总能量、晶格常数,给出了能带结构和电子态密度；然后计算了不同Be掺杂浓度下,Be掺杂ZnO的总能量、晶格常数及禁带宽度。晶格常数变化基本符合Vegard定律,与实验结果符合。同时给出了不同掺杂浓度下,掺杂体系的电子总态密度及分波态密度。计算表明,掺杂体系的结构是稳定的；随着掺杂体系中所含Be组分的增加,禁带宽度在3.13～11.21eV之间连续变化。 (二)氮(N)掺杂TiO2的计算TiO2在光催化领域有重要应用。对TiO2进行N掺杂改性,使其在可见光波段得到响应,可提高太阳光的利用率。首先优化未掺杂金红石相TiO2的总能量、晶格常数,得到其电子能带结构和态密度；之后通过置换实现掺杂,优化结构得到掺杂体系的总能量、晶格常数及禁带宽度。禁带宽度由未掺杂时的3.27eV变化到1.27eV,表现出明显的吸收边红移,同时分析了掺杂体系在费米面附近的电子态分布,给出了N掺杂TiO2在可见光波段产生光催化活性的原因。 计算结果与实验结果符合很好,进一步证实Crysta106软件包计算的可靠性。