氧化鋅是一種寬禁帶直接帶隙半導體，具有電子漂移飽和度高、介電常數小、導電性能好等特點。近年來，由于稀土元素具有獨特的光學性質，在實驗上和理論上對稀土摻雜ZnO的光學性質的研究引起人們的廣泛興趣。由于氧化鋅是寬禁帶半導體，成本低，制備工藝簡單。因此，稀土元素摻雜氧化鋅在制備光電器件方面具有廣闊的應用前景。在理論上，Eu摻雜ZnO具有優(yōu)質的物理性質和化學性質。在實驗上，Eu摻雜ZnO已經被用于平板電視等顯示設備。
通過理論研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度的稀土元素摻雜氧化鋅可以使得氧化鋅光電性能產生相當顯著的變化。然而，理論上對不同濃度Nd摻雜對氧化鋅的光學性質的影響研究甚少。在本文中，基于密度泛函理論通過第一性原理計算主要研究了稀土元素Nd摻雜ZnO的光學性質的研究。首先比較了其中一種摻雜濃度和純凈ZnO體系的介電函數、吸收系數和反射系數；接著分析了不同摻雜濃度體系的介電函數；最后，計算了不同摻雜濃度體系的吸收系數。
所有的計算工作都是基于密度泛函理論的第一性原理計算程序即在Vienna Abinit Simulation Package（VASP）代碼完成的。采用的交換關聯(lián)勢為廣義梯度近似（GGA）。計算參數設置情況：采用網格為5×5×3的Monkorst-park特殊k點對整個布里淵區(qū)求和，平面波截斷能為450eV。為了得到可靠的結果，在結構優(yōu)化基礎上進行靜態(tài)計算。
晶格常數a=b=0.3249 nm，c=0.5206 nm，其中c/a為1.602。沿c軸方向的Zn-O鍵長為0.1992 nm，其他方向為0.1973 nm。在本文中，我們構建的純凈ZnO的模型為：pure-ZnO晶體的超晶胞由36個原子組成，是在ZnO原胞基矢方向擴展兩個單位得到的3×3×1的超晶胞模型（如圖1a所示）。O、Zn和Nd的價電子分別選取為O2s22p4、Zn3d104s2、和Nd5s25p65d16s2。不同濃度的稀土元素（Nd）摻雜模型如圖1所示。其中，（a）是pure-ZnO為3×3×1超晶胞；（b）是Nd-36為3×3×1超晶胞；（c）是Nd-72為3×3×2超晶胞；（d）是Nd-108為3×3×3超晶胞。
