1. 研究目的与意义
| 研究背景： WO3是带隙约为2.6eV的过渡金属半导体，是一种重要的功能材料，因其优越的物理化学性能成为研究的热点。WO3位于元素周期表第6周期VIB族，在自然界以钨华或钨赭石矿物态存，在空气和氧气中煅烧钨酸或仲钨酸铵，可以得到三氧化钨。WO3的结构单元是钨离子位于八面体的中心，六个氧原子构成一个正八面体的顶点。退火温度和退火时间以及掺杂都对WO3的晶相有很大的改变。WO3常见的晶系有单斜晶系，正交晶系，立方晶系和六方晶系。WO3因其优越的物理化学性能在传感器，光电器件，太阳能电池，光催化等领域都有广泛的应用。三氧化钨（WO3）在气体传感器中有很多应用，其中用作水溶性光催化剂，在智能窗中用作电致变色薄膜，光透过率随掺杂浓度的增加而降低，材料的颜色则变成蓝色。 研究目的： 用基于密度泛函理论（DFT)的第一性原理方法，优化晶胞几何结构参数，用HSE06方法计算的WO3总态密度、原子分态密度，分析晶体结构影响电子结构的机制。 研究意义： 通过研究不同结构相WO3的电子结构的比较，能为WO3的结构影响电学特性研究提供指导。
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2. 研究内容和预期目标
主要研究内容：主要研究内容：
(1)（1）应用第一性原理和采用全弛豫（包括位置弛豫和晶格常数弛豫）的方式,确定wo3不同相的平衡结构。
(2)（2）通过计算不同基态下的总态密度，比较各种相下的电学特性。
3. 研究的方法与步骤
研究方法：
| 拟采用的研究方法是第一性原理方法。 研究步骤如下： （1）调研最新的关于WO3的晶体结构及电子结构的文献资料。 （2）研究掺杂影响过渡金属氧化物性质的机理，用基于密度泛函理论（DFT)的第一性原理方法，优化晶胞几何结构参数。 （3）用HSE06方法计算WO3的总态密度、原子分态密度，计算电子掺杂或空穴掺杂对电子结构的影响。 （4）并结合结构讨论影响电子结构的原因。
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4. 参考文献
| [1]J.P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Generalized gradient approximation made simple [J]. Phys. Rev. Lett., 1996, 77(18): 3865. [2]V.I. Anisimov, F. Aryasetiawan, A.I. Lichtenstein, First-principles calculations of the electronic structure and spectra of strongly correlated systems: the LDA U method [J]. J. Phys. Condens. Matter., 1997, 9(4): 767. [3] P. Hohenberg, W. Kohn, Inhomogeneous electron gas [J]. Phys. Rev., 1964, 136(3B): B864. [4] W. Kohn, L.J. Sham, Self-consistent equations including exchange and correlation effects [J]. Phys. Rev., 1965, 140: A1133. [5] P.E. Blchl, Projector augmented-wave method [J]. Phys. Rev. B, 1994, 50(24):17953. [6] M. Gerosa, C. E. Bottani, L. Caramella, G. Onida, C. Di Valentin, and G. Pacchioni, Electronic structure and phase stability of oxide semiconductors: Performance of dielectric-dependent hybrid functional DFT, benchmarked against GW band structure calculations and experiments [J]. Phys. Rev. B, 2015, 91(15):155201. [7] M. B. Johansson, B. Zietz, G. A. Niklasson, and L. Osterlund, Optical properties of nanocrystalline WO3 and WO3-x thin films prepared by DC magnetron sputtering [J]. Journal of Applied Physics, 2014, 115(21): 213510.
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5. 计划与进度安排
| (1) 2022-12-16～2022-02-28 复习固体理论和量子力学方面的有关知识；学习基本的linux命令；学习用VESTA软件作晶体结构图；学习VASP软件的应用，学习如何建立输入文件，如何用VASP计算电子结构，如何从输出文件中获取需要的数据，并用Origin作态密度图。 (2) 2022-03-01～2022-03-13 调研有关WO3不同结构相的文献资料，提出研究方案，完成开题报告，教师完成开题报告审核。 (3) 2022-03-14～2022-03-31 用第一性原理方法计算WO3不同结构相的平衡晶体常数。 (4) 2022-04-01～2022-04-30 进一步用第一性原理方法计算不同结构相的WO3的电子结构，通过键长，键角和态密度比较分析WO3不同电子结构的来源。 (5) 2022-05-1～2022-05-15 撰写、修改毕业论文，完成论文初稿。 (6) 2022-05-16～201-05-29 与指导教师讨论修改论文内容及格式，定稿。 (7) 2022-05-30～2022-06-12 请其他教师评阅、准备答辩ppt、进行预答辩、答辩。
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