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为了从原子层面研究NEAGaN光电阴极激活机理及负电子亲和势形成原因，提高NEAGaN光电阴极理论研究水平和激活工艺水平，本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法，针对NEAGaN光电阴极研究中涉及到的GaN材料特性、p型掺杂特性、缓冲层Al组份、GaN表面特性、Cs/O激活机理等问题开展了较为系统的研究工作。
为了了解GaN体材料的光学性质，构建了GaN体材料模型和GaN空位缺陷模型，计算了GaN的介电函数、折射率、吸收谱、反射谱、光电导率和能量损失函数等光学性质，进一步研究了空位缺陷对GaN光学性质的影响，为GaN光电阴极材料设计提供依据和参考。
针对GaN光电阴极材料p型掺杂问题和透射式GaN阴极缓冲层Al组份问题，构建了Ga0.9375Mg0.0625N模型和Gal-xAlxN模型，研究了Mg掺杂对GaN能带结构、态密度和光学性质的影响，分析了GaN材料p型转变的形成及Mg掺杂对周围成键的影响。研究了Al组份对GaN光学性质的影响，分析了吸收边、谱峰随Al组份的变化趋势，给出了满足日盲区紫外探测要求的Al组份比例。
为了弄清GaN光电阴极激活表面的特性，构建了GaN(0001)表面模型、GaN(000(1))表面模型和GaN(0001)表面空位缺陷模型，比较研究了GaN(0001)和GaN(000(1))表面的能带结构、态密度、表面能、功函数、表面形貌、稳定性和光学性质，表明了GaN(0001)表面是优于GaN(000(1))表面的阴极激活表面，进一步研究空位缺陷对GaN(0001)表面电子结构、功函数和光学性质的影响。通过Ga0.9375Mg0.0625N(0001)表面模型模拟了p型GaN(0001)表面，研究了p型GaN(0001)表面特性，分析了Mg掺杂对GaN(0001)表面光学性质的影响。
为了研究NEAGaN光电阴极激活机理，通过Cs/GaN(0001)吸附模型、Cs/GaN(000(1))吸附模型，分析了1/4MLCs原子在GaN(0001)和GaN(000(1))表面的稳定吸附位、功函数变化及其原因，研究了Cs原子覆盖度对吸附能和功函数的影响，分析了Cs原子吸附对GaN表面光学性质的影响，进一步分析了空位缺陷对Cs在GaN(0001)表面吸附的影响。利用Cs/Ga0.9375Mg0.0625N(0001)吸附模型模拟了Cs在p型GaN表面的激活过程，研究了Mg掺杂对Cs在GaN(0001)表面吸附能、功函数、光学性质的影响。用(1×1)GaN(0001)表面模拟了Cs、O激活“yo-yo”过程，结合GaN光电阴极Cs/O激活实验，解释了GaN光电阴极激活机理及负电子亲和势形成原因。