基于第一性原理研究RuAl_2的结构与力学性能

应用第一性原理密度泛函理论方法计算了RuAl_2的晶格参数、弹性模量、B/G比值和电子结构。理论计算得到的晶格参数与实验值比较吻合。其中,计算得到RuAl_2的体弹性模量B为185GPa,剪切模量G为125GPa,杨氏模量E为306GPa,理论计算的得到的维氏硬度为18.3GPa。B/G比值小于1.75,说明这种金属间化合物在基态下是脆性材料。这种高的弹性模量主要是由于晶体中Ru的4d电子轨道和Al的3p电子轨道上的电子局域杂化,形成较强的Ru-Al共价键所致。     

甲烷在硅(110)圆孔表面物理吸附特征的对比

基于第一性原理广义梯度近似的方法(GGA)对比研究了甲烷分子在多孔硅(110)不同位置分布的圆孔表面物理极化特征.计算结果表明:相邻孔的位置分布及其内部吸附的甲烷分子间的作用会影响甲烷在圆孔表面的吸附特征.吸附后甲烷的C-H键布局增加,C-H键长变化很小,圆孔表面硅原子的少量电子转移至甲烷,甲烷成键轨道的态密度的离域性增加.同时发现单个甲烷分子在竖直分布圆孔表面吸附时,甲烷吸附能较大而且系统的结构相对稳定.     

Is High TC Possible in (Ga,Mn)N?: Monte Carlo Simulation vs. Mean Field Approximation

The magnetic properties of diluted magnetic semiconductors (DMSs) are calculated from first-principles by mapping the ab initio results on a classical Heisenberg model. By using the Korringa–Kohn–Rostoker coherent potential approximation method within the local density approximation, the electronic structure of (Ga,Mn)N and (Ga,Mn)As is calculated. Effective exchange coupling constants J_ijs are calculated by using the formula of Liechtenstein et al. (A.~I. Liechtenstein, M. I. Katsnelson, V. P. Antropov, and V. A. Gubanov, 1987, J.~Magn. Magn. Mater. Vol. 67, p. 65). It is found that the range of the exchange interaction in (Ga,Mn)N is very short due to the exponential decay of the impurity wave function in the gap. On the other hand, in (Ga,Mn)As, the interaction is weaker but long ranged because the extended valence hole states mediate the ferromagnetic interaction. Monte Carlo simulations show that the T_C values of (Ga,Mn)N are very low since percolation is difficult to achieve for small concentrations and the mean field approximation strongly overestimates T_C. Even in (Ga,Mn)As the percolation effect is still important.     

L12型Al3Sc基金属间化合物有序化行为和力学性能的第一性原理计算

本文采用亚晶格模型,辅助以第一性原理总能计算,研究了L1₂型Al₃Sc基金属间化合物中元素的占位有序化行为和力学性能。结果表明：Al₃Sc合金呈现完全有序化,其中Al占据3c亚晶格位置,Sc占据1a亚晶格位置；L1₂-Al₃(Sc_0.75M_0.25)金属间化合物(M=Y、Ti、Zr和Hf)也呈现完全有序化,第三组元M均只占据1a亚晶格位置,这些元素的占位行为均不受温度的影响。L1₂-Al₃(Sc_0.75M_0.25)金属间化合物均满足力学稳定性条件。M为Y时,L1₂-Al₃(Sc_0.75M_0.25)金属间化合物的剪切模量、体弹模量和杨氏模量和硬度下降；M为Ti、Zr或Hf时,随着原子半径增大,剪切模量、体弹模量、杨氏模量和硬度逐渐降低,其中Ti的加入可使L1₂-Al₃(Sc_0.75M_0.25)金属间化合物的塑性和韧性达到最好。     

Ti_(0.67)Mo_(0.33)H_2晶格动力学第一原理研究

基于第一原理方法对Ti0.67Mo0.33H2体系的体弹性模量、声子谱、Debye温度和热容量进行了计算,算得体系体弹性模量为165 GPa,高于Ti H2的计算值128.9 GPa;体系Ti/Mo原子和H原子的声子态密度峰值分别在4.0和38.0 THz,Mo元素的添加降低了Ti/Mo原子热振动频率和增高了H原子的热振动频率;体系Debye温度高于Zr H2体系揭示了其脱氢能力较Zr H2强;声子谱虚频现象揭示了体系潜在的δ-ε相变趋势;热容量计算结果表明较高温度下体系吸收的热量主要转化为H原子的热振动能量。     

TiC陶瓷中H原子扩散行为第一性原理计算研究

采用第一性原理计算方法研究了H原子在立方T iC晶格中的结构稳定性及扩散行为.结果表明:H原子在TiC晶格中的最稳定位点位于Ti/C六面体中靠近C原子的C-H(C-HS)位置,H被C原子捕获而形成C—H键,键长1.15? (1?=0.1 nm),零点修正(ZPE)后形成能为1.58 eV;其次是Ti/C六面体中心位置(...     

二硼化物固溶体(Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2的结构稳定性和力学性能的第一性原理研究

通过超晶胞(SC)方法和虚拟晶体近似(VCA)方法的第一性原理计算,研究了金属二硼化物固溶体(Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2 的形(0≤x≤1)成能、混合能、晶格常数、体积、弹性常数、熔点、弹性模量、维氏硬度、断裂韧性和态密度。结果表明,二硼化物固溶体(Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2的结构稳定性随掺杂浓度的增加而降低。Ti1-x(Ta/Nb)xB2的体积随着掺杂浓度的增加而增加,这是因为Ta和Nb的原子半径大于Ti。而Zr1-x(Ta/Nb)xB2的体积逐渐变小,这归因于Ta和Nb的原子半径比Zr小。并且,二硼化物固溶体 (Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2是力学性质稳定的脆性材料。特别地是,Ta和Nb的掺杂剂可明显改善固溶体(Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2的脆性和体积模量以及断裂韧性,但硬度会降低。     

First-principles calculation of phase equilibria and phase separation of the Fe-Ni alloy system

Theoretical investigation of the phase equilibria of the Fe-Ni alloy has been performed by combining the FLAPW total energy calculations and the Cluster Variation Method through the Cluster Expansion Method. The calculations have proved the stabilization of the LIE phase at 1：3 stoichiometry, which is in agreement with the experimental result, and predicted the existence of L1 0 as a stable phase below 550 K; this L1 0 phase has been missing in the conventional phase diagram. The calculations are extended to the Fe-rich region that is characterized by a wide range phase separation and has drawn considerable attention because of the intriguing Invar property associated with a Fe concentration of 65%. To reveal the origin of the phase separation, a P-V curve in an entire concentration range is derived by the second derivative of free energy functional of the disordered phase with respect to the volume. The calculation confirmed that the phase separation is caused by the breakdown of the mechanical-stability criterion. The newly calculated phase separation line combined with the L1 0 and L12Eorder-disordered phase boundaries provides phase equilibria in the wider concentration range of the system. Furthermore, a coefficient of thermal expansion （CTE） is attempted by incorporating the thermal vibration effect through harmonic approximation of the Debye-Gruneisen model. The Invar behavior has been reproduced, and the origin of this anomalous volume change has been discussed.     

原子层沉积技术改性CrN硬质涂层性能的第一性原理研究

目的 基于密度泛函理论的第一性原理,对原子层改性氮化铬(CrN)涂层的关键性能进行仿真计算,以充分了解涂层微观组织结构演变和微观界面结构本质,为后续原子层沉积CrN工艺研究提供理论指导.方法 通过建立CrN(011)-CrN(011)复合体系模型,分析计算了涂层的界面性能、弹性性能及热力学性能.结果 模型结构经过优化后,各原子层间间距均发生不同程度的减小,且各层间距趋于一致.态密度分析表明:其优良的结构稳定性主要来自6.4～4.8 eV范围内Cr原子3d轨道和N原子2p轨道间的相互作用;基于应力应变的弹性常数满足波恩准则判定依据,力学性能稳定,计算结果为硬度30.29 GPa,体积模量409.83 GPa,剪切模量270.86 GPa.采用NVT系综模拟,当温度T≤1023 K时,温度波动振荡收敛;当温度T>1023 K时,温度在某个时间点瞬时激增而不收敛,可以得出CrN涂层的极限使用温度为1023 K.结论 原子层沉积改性的CrN硬质涂层具有优良的界面相容性,成键强度高,界面能低,结构性能稳定.     

Tc-P共掺杂单层MoS2光电特性的第一性原理计算

采用第一性原理的赝势平面波方法,对比研究了未掺杂和掺杂过渡金属Tc、非金属P及Tc-P共掺杂的单层MoS2的电子结构和光学性质.计算结果表明:掺杂改变了费米面附近的电子结构,使得导带向低能方向偏移,并且带隙由K点转化为Γ点,形成Γ点的直接带隙半导体.掺杂P使带隙值变小,形成p型半导体;掺杂Tc使带隙变宽,形成n型半导体;Tc-P共掺杂,由于p型和n型半导体相互调制,使得单层MoS2转变为性能更优的本征半导体;掺杂使光跃迁强度减小,且向低能方向偏移.