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作者：丁家福;和志豪;王云杰;苏欣;
单位：伊犁师范大学物理科学与技术学院;伊犁师范大学,新疆凝聚态相变与微结构实验室;
摘要：本文基于第一性原理对磷酸盐与硫代磷酸盐家族中的GaPO_4、InPO_4、TlPO_4、GaPS_4、InPS_4和Tl_3PS_4进行系统的对比研究，探究[PO_4]~(3-)基团和[PS_4]~(3-)基团之间的联系与区别。能带计算结果表明，TlPO_4带隙最小(E_g=0.788 eV),InPO_4、GaPS_4、InPS_4和Tl_3PS_4带隙较大，分别为2.604、2.352、2.360和2.393 eV,而GaPO_4带隙最大(E_g=4.487 eV),发现[PS_4]~(3-)基团化合物能带结构更加容易预测与调控。态密度计算结果表明，GaPO_4、InPO_4与TlPO_4价带顶均由O-2p轨道贡献，导带底均由阳离子的s轨道及O-2p轨道共同贡献，GaPS_4、InPS_4与Tl_3PS_4在价带顶处均由S原子的p轨道贡献，而在导带部分[PS_4]~(3-)基团化合物的P原子的p轨道表现更加活跃。通过分析介电函数发现，[PO_4]~(3-)基团化合物和[PS_4]~(3-)基团化合物的峰值均随阳离子尺寸增大发生红移，且含[PS_4]~(3-)基团的化合物具有比含[PO_4]~(3-)基团化合物更高的静态介电常数。双折射计算结果表明，GaPO_4、InPO_4、TlPO_4、GaPS_4、InPS_4和Tl_3PS_4在波长1 064 nm处的双折射率分别为0.017、0.049、0.057、0.247、0.022和0.038,其中GaPS_4双折射率最大(0.247),这是由于其内部P—S键与Ga原子对能量较敏感。差分电荷密度与布居分析结果表明，六种化合物的光学效应与能带结构主要受到[PO_4]~(3-)与[PS_4]~(3-)基团影响。弹性模量分析表明磷酸盐化合物的弹性性质要高于硫代磷酸盐，并且发现In的化合物具有更高的力学稳定性和刚性。
关键词：第一性原理;;密度泛函理论;;磷酸盐晶体;;硫代磷酸盐晶体;;电子结构;;光学性质;;力学性质
基金资助：新疆维吾尔自治区重点实验室开放课题(2023D04074);; 伊犁师范大学科研项目(22XKZZ21);伊犁师范大学大学生创新训练项目(S202210764016,S202210764014);; 新疆伊犁科技计划(YZ2022Y002);; 新疆维吾尔自治区天山英才计划第三期(2021—2023)
