BiMnO3的铁电铁磁机制,轨道有序和自旋有序的第一原理

为了探讨多铁材料铁电畸变的根本机制及其电子结构对于性能的影响,采用基于密度泛函理论的广义梯度近似方法,对多铁材料BiMnO3的高温顺电顺磁相、室温铁电顺磁相和低温铁电铁磁相的电子结构做了第一原理计算.对态密度、电子密度以及Mulliken电荷等计算结果的分析表明:Bi-6p轨道与O-2p轨道间的选择性共价作用增强是铁电畸变的首要引发因素,6s电子的极化也是其导致的效应之一.对与多铁现象共生的轨道有序和自旋有序的研究指出了去中心化的晶格畸变、Jahn-Teller畸变和自旋失措引发的晶格畸变三者之间的相互耦合以及耦合对铁电铁磁性的影响.     

薄壁曲线箱梁的畸变应力分析

基于变分法的最小势能原理,应用弹性地基梁比拟法得出箱梁截面畸变角的微分方程,推导出了畸变角的解及畸变翘曲正应力,并通过曲线箱梁模型实验与计算结果进行了对比,验证了计算方法和计算结果的正确性。     

氢分子离子的有效分数核电荷数

把氢分子离子作为一个近似有心力场“原子”模型,计算得到有效分数核电荷数。利用有效分数核电荷数计算氢分子离子势能函数,其势能函数理论值和实验值基本相符,从而证明了有相对稳定的有效核电荷数是分数。     

人工复合铁电薄膜的相变性质研究

建立3层铁电复合薄膜的理论模型,在G inzburg-Landau-Devonsh ire（GLD）唯象理论的框架下,引入局域分布函数描述不同材料间过渡层的性质,重点研究具有不同相变温度的铁电材料复合而成的铁电薄膜的相变性质.通过改变3种不同铁电材料的相变温度,计算复合铁电薄膜内部的极化强度分布和相变温度.研究表明：3种铁电材料相变温度的梯度变化导致了复合薄膜内部极化分布的梯度变化;在未达到薄膜的相变温度前,薄膜的平均极化强度的一阶导数出现了一个突降,造成了平均极化强度的极大降低;不同材料间过渡层厚度对薄     

锆钛酸铅95/5薄膜的介电性能与弛豫特征

采用溶胶-凝胶法制备锆钛酸铅95/5（PZT95/5）薄膜,通过分析介电温度谱、介电频谱研究薄膜的介电性能.研究结果表明：介电常数-温度曲线ε（T）的相变峰随着频率的增加而逐渐变得平坦.同时,介电常数倒数与温度曲线ε-1（T）在高频不符合居里外斯定律;采用普适弛豫定律公式,对不同温度下的介电频谱曲线ε（f）进行拟合,得到弥散系数随着温度的变化曲线,该曲线在铁电-顺电转变以及反铁电-铁电转变这两个特征温度附近出现异常,结合材料反铁电-铁电-顺电相变的微观结构变化规律对此现象进行了讨论.     

局域畸变结构对铁电薄膜极化性质的影响

引入描述薄膜内部极化强度的分布函数,采用GLD（Ginzburg-Landau-Devonshire）唯象理论,研究非铁电性局域畸变结构对铁电薄膜极化性质的影响.研究结果表明,非铁电性局域畸变结构的存在降低了铁电薄膜的极化强度和相变温度,并破坏了极化强度在薄膜内部的均匀分布.薄膜内部局域畸变结构厚度的增加及铁电性结构区域至非铁电性结构区域过渡层厚度的增加,都会导致薄膜极化强度的降低.     

KTa0.5Nb0.5O3电子结构的第一性原理研究

用全电势线性缀加平面波法（FLAPW）计算了KTa0.5Nb0.5O3铁电相和顺电相的态密度、能带结构。通过对两相态密度的对比分析发现，在铁电相，钽原子的d电子和氧原子的2p电子以及铌原子d电子与氧原子的2p电子之间存在强烈的轨道杂化，对能带的分析也得出同样的结论，这种轨道杂化对KTa0.5Nb0.5O3铁电性的稳定有着重要的意义。钽原子在四方铁电体KTa1-xNbxO3中的作用与在纯钽酸钾中的作用有明显的差别。     

10kv配电绝缘线路雷击断线机理的分析

10kV配电绝缘线偶尔遭遇雷击断线事故,其机理就是导线横截面在感应电荷的作用下场强发生畸变,引导雷击产生。本文分析了感应电荷在绝缘介质层表面的分布,并计算电场强度。     

单边碰振轨道非线性能量阱减振性能数值研究

针对轨道非线性能量阱(轨道NES)能量鲁棒性较差和调谐质量阻尼器(TMD)频率鲁棒性较差的问题,提出了单边碰振轨道非线性能量阱(SSVI轨道NES)。对SSVI轨道NES进行了理论分析,并在脉冲型荷载作用下对SSVI轨道NES进行了性能优化和数值模拟。研究结果表明,SSVI轨道NES减振性能优越,同时具有较强的能量鲁棒性和频率鲁棒性。     

对称轨道型单侧碰撞非线性能量阱的振动抑制

针对轨道型单侧碰撞非线性能量阱的振动抑制性能受载荷方向影响较大的问题,本文提出一种对称轨道型单侧碰撞非线性能量阱。利用质量块沿着一侧放置有碰撞表面的特定轨道运动时产生的光滑与非光滑非线性回复力与主结构进行动力学耦合,实现系统中能量的耗散,进而降低结构的动力学响应。建立带有对称轨道型单侧碰撞非线性能量阱系统的动力学模型,通过数值仿真的方法分析了对称轨道型单侧碰撞非线性能量阱参数变化(质量,轨道形状)对振动抑制性能的影响。在选取最优的质量和轨道形状参数之后,通过时域和小波变换分析了系统中能量耗散及能量从低频振动向高频振动转移现象,分析了对称轨道型单侧碰撞非线性能量阱设计参数差异对其性能的影响。结果表明:对称轨道型单侧碰撞非线性能量阱能够有效抑制冲击载荷作用下结构动力学响应,且其对设计参数的差异具有较强的鲁棒性。     

Ni/BiFeO_3超晶格磁电效应的第一性原理计算

为了探究铁磁/铁电超晶格材料的磁电耦合效应,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Ni/BiFeO_3超晶格的电子结构和磁矩.结果表明,Ni/BiFeO_3超晶格界面处Ni-3d轨道与O-2p轨道发生了强烈的电子杂化作用,Ni和BiFeO_3界面主要通过以O原子为中间媒介的电荷转移进行相互影响.在外加电场作用下,由于铁电极化的存在,超晶格结构上下两个界面存在磁化差异,原子成键和电荷转移重新分布能够引起较强的磁电耦合效应. Ni/BiFeO_3超晶格界面磁电耦合系数约为3. 509×10-~(14)T·cm~2/V.     

碱土金属掺杂对BiFeO3陶瓷多铁性的影响

为了探究碱土金属离子掺杂对BiFeO3陶瓷多铁性的影响,采用固相法成功制备了BiFeO3以及Bi0.9 A0.1 FeO3(A=Ca、Sr、Ba)陶瓷,并对其铁电、铁磁等性能进行了研究.X射线衍射结果表明:晶体均为六方钙钛矿结构,空间群为R3 c,晶胞参数随掺杂离子半径的增大呈现先增大后减小的现象.电学性能测试发现:Bi0.9 A0.1 FeO3陶瓷的铁电极化值和漏电流密度均随着掺杂离子半径的增大而增大.结合X射线光电子谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)铁离子价态分析表明:Bi0.9 A0.1 FeO3陶瓷铁电性会受掺杂带来的结构畸变和氧空位浓度变化的双重作用的影响.BFO、BCFO、BSFO和BBFO陶瓷的磁化强度依次增大,磁场强度为14 T时磁化强度分别为0.150、0.356、0.497和0.995 emu/g,其铁磁性随掺杂离子半径增大而增强,这与掺杂造成的结构畸变以及铁离子变价有关.     

晶格畸变能的尺寸效应

为了更好地计算纳米材料晶格畸变能的尺寸效应,基于原子键能与表面热力学理论,提出了一个热力学模型.研究发现,随着晶粒尺寸的变小,纳米材料的晶格畸变能是不断增大的,且在20 nm以下时,这种变化将变得十分显著.随后,对该模型进行了讨论与验证,结果表明:模型给出的结果与实验数据接近,能较好地解释晶格畸变的尺寸效应.     

封口型单壁碳纳米管电子结构的密度泛函研究

采用密度泛函(DFT)的B3LYP基组和非平衡格林函数方法对封口型单壁碳纳米管及在碳纳米管外接Au电极的纳米器件的量子结构、密利根电荷分布、电子传输和态密度等特性进行了理论研究.结果发现HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital)和LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)间的能隙Eg=0.973 8 eV,呈现半导体特征;态密度与电子输运谱具有很好的对应关系;电子输运主要集中在能量E＜O.O eV的区域.     

微电火花加工中探针与工件中铁元素作用机理研究

以加工工件中铁原子为基组构成基本模型,通过理论计算和模拟研究了铁元素在分别外加面电极和体电极情况下,整个系统的电子传输过程与电子态密度的分布.结果显示在外加体电极时,相比于加面电极时的情况,其电子穿过体系的概率更大,有利于整个系统的电子传输,对电火花加工更有利.另外还得出了两个传输系统的能级和能隙,能量对比显示,在外加体电极时,分子失去电子的能力比加面电极强,且更加容易发生跃迁,整个体系的加工性更好.考虑实际加工过程,对电极和工件间距离变化时系统的电子传输和态密度的变化进行了研究,结果显示,钨面电极在距离为0.48 nm时,电火花加工处于截止状态,而钨体电极则是在距离为0.58 nm时,电火花加工截止.     

CO在Cu表面吸附过程中电荷转移的理论研究

应用密度泛函理论,对CO分子在Cu(100)表面的吸附过程进行了研究。计算了CO分子以垂直方式在3种不同吸附位置吸附时CO分子和Cu(100)表面原子的电荷分布。结果表明:与碳原子最近邻的铜原子表面上发生明显电荷转移,而其他表面原子及体相原子的电子结构没有变化。Mulliken集居数及局域态密度分析表明,吸附过程中CO分子与表面Cu原子相互作用主要是CO分子内杂化轨道和3d,4s,4p(Cu)的贡献。     

基于密度泛函理论的P3HT简单计算

通过使用软件包QUANTUM-ESPRESSO对聚3-己基噻吩(P3HT)进行自洽计算,分析该聚合物的成键机理、最高占据轨道和最低空轨道的电荷分布情况以及禁带宽度分析.通过将其带隙宽度与典型的半导体材料进行对比,分析其半导体光电特性.     

A density functional theory study of the geometric and electronic structure of MgF2 (110) surface

Ab initio density functional theory (DFT) was employed to study geometric and electronic structure of MgF2 (110) surface. Three different clean surface models have been considered. The results show that the surface terminated with one-layer F has the smallest relaxation and the lowest surface energy, which indicates this model is the most energetically favorable structure of MgF2(110) surface. Furthermore, the electronic properties are also discussed from the point of density of states and charge density. Analysis of electronic structure shows that the band gap of the surface is significantly narrowed with respect to the bulk. The electrons of the surface exhibit strong locality and larger effective mass.