本文以密度泛函理论为基础的第一性原理计算方法研究了CuO和掺杂Zn的CuO的结构、光学和电子性质，并与实验结果进行了比较。计算用BIOVIA  Materials Studio CASTEP软件包进行。晶格参数的计算值与CuO的实验数据匹配度为80%，而锌掺杂CuO的晶格参数匹配度为55%。从CuO与Zn掺杂CuO的电子结构出发计算了电子能带结构、TDOS和PDOS。Zn掺杂后，带隙出现明显的跃迁。光学性质表明，CuO和Zn掺杂的CuO具有小的能隙，并在红外区域具有最大反射率。当能量为28eV时，折射率实部在低能区较高，虚部为零。带隙的计算值与实验值吻合较好。

金属氧化物半导体(MOS)是近年来材料研究领域的一个热门话题。在各种MOS中，氧化铜（CuO）因其结构、化学、光学和电学特性而受到广泛关注。CuO是一种低带隙的p型半导体。由于高熔点和沸点，它也是最硬的材料之一。与具有立方岩盐结构且可能具有菱形扭曲变形的其他MOS不同，CuO具有低对称单斜晶胞。氧化铜在气体传感器、光伏电池、光电子工业等领域都有广泛的应用。近年来，许多研究者探索了掺杂过渡金属如镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）、锌（Zn）等对CuO理化性质的影响。在本文中，由于Zn²⁺和Cu²⁺离子半径相似，所以选择Zn掺杂CuO薄膜。对于MOS材料，许多研究小组进行了基于DFT的第一性原理计算。Cao等表明立方CuO具有光学各向同性，单斜CuO具有各向异性。Chafi等人注意到，铁掺杂CuO的费米能级比纯CuO向更高的能量方向移动。实验分析了喷雾热解沉积CuO和Zn掺杂CuO薄膜的结构、形貌和光电性能。本文采用基于DFT的第一性原理计算方法研究了CuO和Zn掺杂CuO薄膜的结构、光学和电学性质。将理论计算结果与实验结果进行了比较，发现纯CuO和Zn掺杂CuO材料在不同光学和光电器件中都有很好的适用性。

图1 晶体结构（2×2×2超胞），（a）CuO三维结构，（b）二维示意图，（c）Zn掺杂CuO的单胞。

图2 （a）CuO超胞与（b）Zn掺杂CuO超胞的能带结构图。

图3 （a）CuO超胞与（b）Zn掺杂CuO超胞的TDOS和PDOS

图4 模拟的光子能量依赖性（a）吸收（b）反射率，（c）折射率实部（d）折射率虚部（e）电导率实部，（f）电导率虚部（g）介电函数实部和（d）CuO和Zn掺杂CuO介电函数虚部，极化矢量为[100]。

本文使用基于DFT的第一性原理计算研究了CuO和掺杂Zn的CuO的结构、电子和光学性质。晶格常数和带隙的计算值与实验值基本一致。从电子结构分析可知，纯CuO材料具有带隙小的半导体性质，掺杂Zn的CuO具有金属性。本文还讨论了与频率有关的光学参数。发现R光谱的最大值出现在红外区域。σ对CuO和Zn掺杂CuO表现出很小的带隙和半导体行为。介电常数的实部和虚部表明，CuO和Zn掺杂CuO是透明的。预测CuO和Zn掺杂CuO是制造光电器件的有趣材料。

*Chemical Physics 528 (2020) 110536