量子力学第一性原理方法有时候也称从头算法,自20世纪60年代密度泛函理论(DFT)建立并在局域密度近似(LDA)下导出的Kohn-Sham方程以来,一直广泛应用于凝聚态物理领域计算电子结构及其特性,它提供了第一性原理和从头算框架,在这个框架下发展了各种各样能带计算方法。近年来,DFT同分子动力学方法相结合,在模拟计算、材料性质预测、材料的组分预测、材料设计与合成、以及评价诸多方面有很多突破性的进展,已经成为计算材料科学的重要基础和核心技术。我们这里采用ABINIT程序,是基于DFT(LDA或GGA)的平面波赝势法。Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2是具有黄铜矿结构的直接带隙半导体材料,具有超高的光吸收率、光电转换效率高和良好的热稳定性,其多晶薄膜因具有优良的光学特性而引起了人们广泛的关注。研究表明黄铜矿型Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2三元化合物具有各不相同的禁带宽度和霍尔迁移率,能够进行多种掺杂,光电转换。据报道,已制备的多晶CIS薄膜太阳电池转换效率达17%,D·Tarrant等人已制作的Cu(Ga,In)(Se,S)2薄膜电池的转换效率达到了15.1%。Cu(Ga,In)Te2属于具有黄铜矿结构三元化合物Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2本征缺陷型半导体,可沉积为p型薄膜或n型薄膜；其禁带宽度为1.0～1.24eV,与地面太阳光谱有良好的匹配,在光电转换和太阳能电池等领域有着巨大应用潜力。目前关于Cu(Ga,In)Te2的性质研究主要集中在带隙和键长测量方面,对其结构引起的光学性质变化和作用机理等理论研究相对较少,到目前为止,还未曾见到有关这两种材料体变模量和光学性质的研究。本文采用第一性原理平面波赝势法,计算晶胞总能量并进行几何优化,得到了这种材料的基态平衡体积、晶格常数、原子坐标、体弹性模量和键长等几何参量,并对这种材料的电子结构、光学性质进行了系统研究,并与相关文献报道的数据进行了比较。ZnGa2X4(X=S,Se)是这样的一族三组态半导体,化学组成是Ⅱ-Ⅲ2-Ⅵ4 (Ⅱ=Zn, Cd, Hg;Ⅲ=Al, Ga, In;Ⅵ=S, Se, Te)。由于其具有透光波段宽、发光性能好、光学强度高和感光性能好等一系列优良特性,是一类具有很强应用前景的光电材料。基于CdGa2S4上的可调滤波器和CdAl2S4上的紫外探测器已研制出来并得到广泛应用。到目前为止尚无Ⅱ-Ⅲ2-Ⅳ4族半导体这一系列三元化合物体弹性模量及其弹性性质的实验数据,相关理论工作也很少见。本文在研究ZnGa2S4和ZnGa2Se4两种晶体结构的时,对其原子坐标进行充分的弛豫,进一步研究了电子能带结构和体弹性模量。利用基于密度泛函理论赝势平面波方法对ZnGa2X4(X=S,Se)几何结构、弹性模量和电子结构等性质进行计算,结果表明ZnGa2X4(X=S,Se)是两种典型的直接带隙半导体,从Se到S随着键能的减小,带隙出现了较大幅度(0.78eV)的增加。拟合了ZnGa2X4(X=S,Se)弹性模量,证实了Cohen经验方程的正确性。从Se到S随着共价性的增强,弹性模量增大。这些结果对加深了解这些在科研领域有着广泛应用前景的材料是非常有益的。