Mg_2Si的声子谱与力热性能的第一性原理计算

针对6xxx系铝合金的主要强化相Mg2Si的力热性能,采用密度泛函理论、第一性原理以及CASTEP软件进行了理论计算,得到了Mg2Si的平衡晶格常数、弹性系数、声子谱、声子态密度以及相关热力学参量,并对计算曲线进行了理论分析.结果表明:合金强化相Mg2Si的刚性较好,脆性较强,在合金中能起到强化作用.通过声子谱及声子态密度曲线可知,存在9条色散关系曲线,其中3条为声学波,6条为光学波,且频率在8.51 THz附近的格波振动较强.随着温度的增加,熵、焓均增加,而自由能减少.当温度低于200 K时,热容量随着温度的增加而明显增加;当温度高于400K后,热容量接近于常量,其计算结果与物理规律一致.     

LiNiP04声子谱和热力学性质第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论,对LiNiPO。晶体的声子谱和热力学性质进行计算,并对其声子谱和声子态密度进行讨论．计算结果表明LiNiPO。的晶体结构是稳定的．3类不同位置的0原子所起的作用各不相同．声子谱声频支和光频支的低频部分主要来源于LiNi原子,光频支的高频部分主要来源于P原子．     

V掺杂ZnO性质的第一性原理研究

采用第一性原理平面波超软赝势,计算了纤锌矿ZnO和不同浓度的V掺杂ZnO晶体的能带结构、态密度和分波态密度.计算表明,V的掺杂导致ZnO晶格发生了微小膨胀,禁带宽度变窄,体系引入的杂质能级靠近导带底,费米能级进入了导带并且穿插在杂质能级中,自旋态密度分布具有不对称性,自旋向上的电子数比自旋向下的电子数多,对态密度进行积分后发现V掺杂ZnO体系表现出净磁矩,具有磁性.当V掺杂后,V-3d态电子与O-2p态电子的态密度分布大部分重合,形成了pd杂化.     

ZnO晶格常数优化和电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下局域密度近似平面波超软赝势法,计算了纤锌矿ZnO的晶格常数、弹性模量、能带结构和态密度。理论预测ZnO是一种直接禁带半导体材料,导带底和价带顶都位于布里渊区中心G点处。计算结果与其他文献结果吻合较好,为ZnO光电材料的设计与应用提供了理论依据。     

Bi掺杂BaSnO3电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的全势线性缀加平面波法,对Bi掺杂钙钛矿BaSnO3电子结构进行了第一性原理的研究．研究结果表明：BaSnO3是一种间接带隙材料,带隙值为0．33eV,掺杂前其光吸收和催化能力都很弱,但掺杂后的Ba1-xBixSnO3是一种直接带隙材料;随着掺杂量的增加,其带隙值和晶格常数都减小;费米面都向高能移动,使得介电函数的虚部的峰值大幅度提高,介电损失减小．掺杂提高了Ba1-xBiSnO3的光吸收和催化能力,表明Ba1-xBiSnO3是一种有前景的光学材料．     

纤锌矿型氧化锌电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下局域密度近似平面波超软赝势法,计算了纤锌矿型ZnO的能带结构、态密度和复介电常数,计算结果与其他文献结果吻合较好,并从理论上分析了它们之间的关系。结果表明,纤锌矿型ZnO在(100)和(001)方向上具有光学各向异性,为纤锌矿型ZnO的应用提供了理论依据。     

Nb2AsC结构及热力学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究Nb₂AsC的结构、弹性和热力学性质,与其他实验值和理论值相比,该文计算的Nb₂AsC晶体结构常数、体弹模量及其对压力的一阶偏导均与之符合较好;计算获得的常压弹性常数与其他理论值比较一致,由此根据力学稳定性准则,判定六方晶系Nb₂AsC是力学稳定结构。预测了Nb₂AsC的杨氏模量。结果表明,六方晶系Nb₂AsC是各向异性。采用准谐德拜模型,模拟了压力和温度对Nb₂AsC的等容热容、等温弹性模量、热膨胀系数和德拜温度等热力学性质的影响。     

Pyrite-结构TiO2弹性性质的第一性原理研究

利用第一性原理对黄铁矿结构Ti O2的晶体结构进行几何优化,得到与实验值相符的晶格参数。同时计算了在零温下压强为0~150 GPa时Pyrite-结构Ti O2的弹性系数、体弹性模量、杨氏模量,剪切模量和泊松比。计算结果表明:在0~150 GPa,立方相黄铁矿结构Ti O2稳定存在;Pyrite-结构Ti O2是一种具有良好延展性的超硬材料。     

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.     

Ce-Mg合金体系弹性性质与电子结构的第一性原理研究

为了探讨Ce-Mg体系金属间化合物的力学性质与其晶体结构相联系的微观机制,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统研究了3种立方Ce-Mg体系金属间化合物CeMg、CeMg2和CeMg3的电子结构和弹性性质。计算结果表明,CeMg3有最高的体模量和剪切模量,分别为41.1GPa和30.7GPa,CeMg2的体模量和剪切模量则在3种金属间化合物中最低,分别为35.1GPa和14.0GPa。CeMg、CeMg2和CeMg3均满足立方晶系力学稳定性要求,CeMg3与CeMg为脆性材料,而CeMg2为延性材料。各向异性性质分析表明,CeMg具有很高的弹性各向异性,而CeMg2的体模量、剪切模量以及杨氏模量尽管最低,但其显示出良好的各向同性性能。计算CO-HP及电荷密度分布揭示了Ce-Mg合金体系弹性性质的变化与体系中化学成键差异密切相关,晶体中Mg-Mg键较强的材料比晶体中Ce-Mg键较强的材料有着更好的延展性。     

小直径螺旋型单壁碳纳米管电子结构的计算

针对结构参数（m,n）为（4,1）、（4,2）和（5,2）等小直径螺旋型单壁碳纳米管的电子结构,采用密度泛函理论、第一性原理以及ABINIT软件进行了理论计算,得到了上述管的电子能带及其态密度曲线,并分析了这些管的导电性能.计算结果表明：（4,1）和（5,2）这两种单壁碳纳米管无能量禁带,均属于金属型;而（4,2）管有能量禁带,属于半导体型.此结论与用金属型单壁碳纳米管的判据|m-n|=3J（J=0,1,2,3,…）给出的结果一致.     

Ge2 Sb2 Te5晶体结构的第一性原理模拟

基于密度泛函理论,采用CASTEP软件对Ge2Sb2Te5亚稳态晶体进行结构优化,并比较了局部密度泛函LDA CA-PZ和广义梯度近似GGA PBE两种不同电子交换关联函数对模型晶体结构、能带、态密度、分波态密度、布居数等相关性质的影响,获得Ge2Sb2Te5亚稳态晶体结构的性质.研究发现,电子交互关联函数采用局部密度泛函LDA CA-PZ时计算体系的总能量更低,具有更好的稳定性,但该优化使晶格常数缩小,而采用广义梯度近似GGA PBE方法对GST材料的晶胞结构进行模拟获得的结果与实验结果较为吻合.亚稳态Ge2Sb2Te5的能带没有带隙,呈现典型的金属性,而对材料性质影响最大的是Te原子.     

First-principle investigation on electronic structures and elastic properties of Al-doped MoSi2

The electronic structures and elastic properties of Al-doped MoSi₂ were calculated using the plane wave pseudo-potential method based on the density functional theory, in which the generalized-gradient approximation (GGA) was used to describe the exchange-correlation potential. Starting from the elastic constants, bulk modulus, shear modulus, elastic modulus and Poisson ratio of Al-doped MoSi₂ were obtained by using the Hill method. The results indicate that conductivity of Al-doped MoSi₂ is improved to some extent in comparison with that of pure MoSi₂ due to the orbit hybridization of Mo 4d, Al 3p and Si 3p electrons. In addition, calculations show that the elastic modulus and the brittleness of Al-doped MoSi₂ are smaller than those of pure MoSi₂, which implies that it is feasible to toughen MoSi₂ by doping Al. The agreement of the conclusion with experiment shows that the present theory is reasonable.     

甲烷水合物的热力学性质

利用密度泛函理论对甲烷水合物的两种构型(51262和512)进行了热力学性质的理论研究。在B3LYP/6-31G**的水平下对甲烷水合物进行全优化、热力学性质的计算以及势能曲线的扫描。通过计算得知,笼内有一个甲烷分子的构型可以在自然界中稳定存在。热力学性质分析表明,51262笼中有一个甲烷分子比512笼中有一个甲烷分子更稳定,甲烷水合物的最佳保存热力学条件为190K、200 MPa。频率分析得知,在51262笼中,甲烷分子碳氢键的伸缩振动强度比在512笼中弱,这与键长的趋势相一致。通过扫描势能曲线发现,甲烷分子在512笼中的行为是受限的,这与甲烷分子碳氢键的伸缩振动频率相一致。     

AlN晶体声子谱及其热学性能的第一原理计算

针对AlN晶体的声子谱和热学性能,采用密度泛函理论、第一性原理以及ABINIT软件进行了理论计算,得到了AlN晶体的声子谱以及内能、质量定容热容、熵和自由能与温度的关系曲线,并对曲线进行了理论分析.计算结果表明：AlN晶体的声子谱有12条曲线,其中3支为声学波,9支为光学波,并且形成了一光学带隙.AlN晶体的内能随着温度的增加而增加;质量定容热容起初随着温度的增加而较快地增加,后来逐渐达到稳定值;熵随着温度的增加也在增加,并且关系曲线有一定的弯曲;自由能随着温度的增加在不断地减小.以上计算结果与物理规律具有一致性.