闪锌矿结构AIN、AIP和AlAs的介电和弹性性质的第一性原理研究

采用第一性原理赝势平面波方法对闪锌矿结构AIN、AIP和AlAs的电子结构,介电和弹性性质进行计算,结果表明:基于密度函数扰动理论计算的这些材料的介电和弹性性质与其它第一性原理和分子动力学计算值一致性较好,但与实验值之间有一定的差异:晶格参数的优化、赝势的选取和交换关联项的选择都对计算结果有较大影响.根据计算的弹性常数绘制了这些材料特征平面(101)面的弹性模量图,为这方面材料的力学研究提供参考.     

Ti40/NiCrAl阻燃涂层抗氧化性能研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波计算方法,结合广义梯度近似(GGA)对Ru2Si3掺入Mn的电子结构和光学性质进行了研究.计算结果表明:掺入这种杂质使得Ru2Si3的晶胞体积均有所增大.Ru2Si3中掺入Mn时,Mn原子替换RuI位的Ru原子使得体系处于稳定态,导电类型变为p型,静态介电函数ε1(0)非常大,同时折射率n0的值变化较大,达到了17.722.     

纤锌矿In_xGa_(1-x)N合金的电子结构和光学性质的第一性原理研究（英文）

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究In掺杂对纤锌矿In_xGa_(1-x)N合金的晶格常数、能带结构、态密度和光学性质的影响。计算结果表明:随着In掺杂浓度的增加,晶格常数逐渐增大,导带向低能方向移动,带隙变窄;与此同时,介电函数向低能方向发生了漂移,发生了红移现象。在2.0 eV附近出现了第一个介电峰,在4.76 eV附近出现了最大的介电峰。在大约5.6 eV和9.2 eV处有两个交叉点,当光子能量低于5.6或者高于9.2 eV,低掺杂浓度(小于50%)的吸收系数小于高掺杂浓度的吸收系数;当光子能量在5.6到9.2 eV之间,低掺杂浓度的吸收系数高于高掺杂浓度的吸收系数。研究结果表明In_xGa_(1-x)N合金可以作为太阳能电池以及透明导电薄膜的材料。     

First-Principles Investigation on Electronic Structure and Optical Properties of Wurtzite InxGa1-xN Alloys

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究In掺杂对纤锌矿InxGa1-xN合金的晶格常数、能带结构、态密度和光学性质的影响。计算结果表明：随着In掺杂浓度的增加,晶格常数逐渐增大,导带向低能方向移动,带隙变窄;与此同时,介电函数向低能方向发生了漂移,发生了红移现象。在2.0 eV附近出现了第一个介电峰,在4.76 eV附近出现了最大的介电峰。在大约5.6 eV和9.2 eV处有两个交叉点,当光子能量低于5.6或者高于9.2 eV,低掺杂浓度(小于50%)的吸收系数小于高掺杂浓度的吸收系数;当光子能量在5.6到9.2 eV之间,低掺杂浓度的吸收系数高于高掺杂浓度的吸收系数。研究结果表明InxGa1-xN合金可以作为太阳能电池以及透明导电薄膜的材料     

单层MoS2的电子结构及光学性质

基于密度泛函理论框架下的第一性原理,采用平面波赝势方法计算和分析了单层MoS2的电子结构及其光学性质,得到了单层MoS2的能带结构、电子态密度、光吸收谱、反射谱、能量损失谱、光学常数谱和介电函数谱。计算结果显示：单层MoS2具有直接带隙能带结构,禁带宽度为1.726 eV;同时发现,单层MoS2对可见到紫外区域的光子具有很强的吸收,最大吸收系数为1.98′105 cm-1。分析表明,单层MoS2适合被用于制作微电子和光电子器件,尤其是在紫外探测器应用方面具有潜在的应用前景     

K掺杂正交相Ca2Si电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用第一性原理的平面波赝势方法和广义梯度近似(GGA),对K掺杂正交相Ca2Si前后的电子结构和光学性质进行比较分析。计算表明,掺K后正交相Ca2Si的能带向高能方向发生了偏移,形成直接带隙的p型半导体,禁带宽度为0.4318 eV,光学带隙变宽;掺杂K后价带主要是Si的3p态,Ca的3d、4s态以及K的3p、4s态的贡献。并利用计算的能带结构和态密度分析了K掺杂正交相Ca2Si前后的复介电函数、能量损失函数、反射光谱及吸收光谱,结果显示掺K增强了材料对太阳光谱中红外波段的能量利用。研究结果说明掺杂是改变材料电子结构和光电性能的有效手段,为Ca2Si材料光电性能的开发与应用提供了理论依据。     

Cmcm空间群斜方SrHfO3的电子结构和光学性质理论计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算了Cmcm空间群斜方SrHfO3的电子结构和光学性质。计算得到的Cmcm斜方SrHfO3的平衡晶格常数均与实验值相近。同时,计算得到了Cmcm斜方SrHfO3的能带结构、态密度和电荷密度,其结果表明斜方SrHfO3属于直接带隙氧化物,Hf和O之间主要是共价键结合而Sr和O之间主要呈现离子键特性。计算还得到了斜方SrHfO3的复介电函数、折射率和消光系数等,且复介电函数的实部与虚部都与实验结果接近。     

Cmcm空间群斜方SrHfO_3的电子结构和光学性质理论计算（英文）

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算了Cmcm空间群斜方SrHfO_3的电子结构和光学性质。计算得到的Cmcm斜方SrHfO_3的平衡晶格常数均与实验值相近。同时,计算得到了Cmcm斜方SrHfO_3的能带结构、态密度和电荷密度。结果表明,斜方SrHfO_3属于直接带隙氧化物,在Hf和O之间主要是共价键结合而在Sr和O之间主要呈现离子键特性。计算还得到了斜方SrHfO_3的复介电函数、折射率和消光系数等,且复介电函数的实部与虚部都与实验结果接近。     

合金元素镍对FCC Fe-Cu析出相结构稳定性的影响

采用基于投影缀加波赝势和广义梯度近似的第一性原理和特殊准随机结构模型计算FCC结构Fe-25Cu、Fe-31.25Cu、Fe-3.125Ni-25Cu和Fe-3.125Ni-31.25Cu无序固溶体的基态性质、弹性常数以及电子结构,其中无序固溶体晶胞结构建立在由特殊准随机结构方法所产生的结构模型基础上。计算结果表明：FCC 结构Fe-Ni-Cu无序固溶体存在无磁性与铁磁性两种状态,其中铁磁性 Fe-Cu 和 Fe-Ni-Cu 无序固溶体的能量相对较低;铁磁性Fe-25Cu和Fe-3.125Ni-25Cu无序固溶体不满足Born弹性稳定性准则,而Fe-31.25Cu和Fe-3.125Ni-31.25Cu无序固溶体满足Born弹性稳定性准则,以亚稳态形式存在,合金元素Ni的加入显著提高了铁磁性FCC结构Fe-31.25Cu无序固溶体的结构稳定性。     

SnO_2的电子结构和光学性质密度泛函理论研究（英文）

基于平面波赝势密度泛函理论,分别采用GGA,LDA,B3LYP和PBE0方法研究了金红石型SnO2的结构、电学和光学性质。计算结果表明,采用GGA和LDA超软赝势计算的性质接近,采用GGA和LDA模守恒赝势计算结果类似,采用B3LYP和PBE0方法计算的性质相似。采用B3LYP和PBE0方法计算的带隙相比较采用GGA和LDA模守恒赝势更接近于实验数据,而采用GGA和LDA超软赝势计算的带隙最小。尽管采用不同方法计算的SnO2带隙差距很大,但是计算的态密度和光学性质曲线基本相似,仅仅在数值上有些区别。从计算分析结果来看,采用B3LYP和PBE0方法计算金红石型SnO2的结构、电学和光学性质比其他方法更接近实验值。     

基于特殊准随机结构模型的FCC Fe-Cu无序固溶体合金的弹性稳定性

采用基于投影缀加波赝势和广义梯度近似的第一性原理计算方法计算FCC结构Fe以及3种Fe-Cu无序固溶体合金(Cu原子摩尔分数分别为25%、37.5%和50%)的基态性质、弹性常数以及电子结构,其中Fe-Cu无序固溶体合金采用特殊准随机结构模型进行计算。能量计算结果表明:FCC结构Fe存在无磁、低铁磁以及高铁磁性3种状态,而FCC结构Fe-Cu无序固溶体合金只存在无磁与高铁磁性两种状态。高铁磁性FCC结构Fe不满足Born弹性稳定性准则,铁磁性FCC结构Fe-Cu无序固溶体合金的弹性稳定性随着Cu含量的增加而增加;当Cu原子的摩尔分数不低于37.5%时,Fe-Cu无序固溶体合金满足Born弹性稳定性准则,此时合金以亚稳态形式存在。     

TiB2和TiB弹性性质的理论计算

采用基于密度函数理论的赝势平面波方法和广义梯度近似对TiB2和TiB化合物的弹性性质和电子结构进行了理论计算,并用Voigt-Reuss-Hill方法计算得到多晶体的弹性模量和切变模量。结果表明：TiB2和TiB的弹性模量分别为599 GPa和443 GPa,切变模量分别为268.5 GPa和193.5 GPa,Pugh定律和泊松比等经验判据表明TiB2比TiB脆性更大;并从这两种化合物的电子结构对其弹性性质的差异进行了讨论。     

稀土元素掺杂AgSnO2 的电子结构与弹性常数研究

AgSnO_2触头材料中的SnO_2是一种高硬度并且近乎绝缘的宽禁带半导体材料,使得触头材料的电阻增大,加工成型困难,用稀土元素La、Ce、Y掺杂SnO_2可以改善触头材料的性能。基于密度泛函理论的第一性原理,运用平面波超软赝势法,对SnO_2和掺杂稀土元素的SnO_2进行电子结构和弹性常数的计算。结果表明,掺杂可以提高导电性能、降低SnO_2的硬度,其中添加稀土元素La的SnO_2的硬度最小;Y掺杂SnO_2的硬度较小、导电性最高且普适弹性各向异性的指数最小。     

MoS_2电子结构、振动和介电性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了MoS2电子结构、振动和介电性质,得到了MoS2能带结构、态密度、介电谱和红外反射谱。研究表明,MoS2为间接带隙半导体。介电张量在垂直和平行于c轴方向表现出强烈的各向异性。电子屏蔽作用对介电常数贡献较强,晶格振动对介电常数贡献较弱。在300~500 cm-1波段,由于红外光学模的存在,材料与电磁波存在较强的相互作用,透波性能较差。     

RhZr相结构稳定性和电子结构性质的第一性原理研究

用第一性原理计算研究RhZr两种晶体结构的结构稳定性和电子结构性质。采用基于第一性原理的平面波赝势法,分别用局域密度近似和广义梯度近似法,对晶体原子的结构进行优化,并分别对正交晶系RhZr和立方晶系RhZr的基态性质,如晶格参数、能态密度、形成能以及形成焓等进行计算。计算结果表明：正交晶系RhZr比立方晶系RhZr更容易生成,而且生成的正交晶系RhZr比立方晶系RhZr更稳定。能态密度计算结果表明：立方晶系RhZr比正交晶系RhZr稳定,是因为在立方晶系RhZr中不仅存在Rh？Zr还存在Rh？Rh或者Zr？Zr之间的相互作用键。由态密度分析还可看出,在费米面附近Rh的4d轨道与Zr的4d轨道存在较强的轨道杂化。     

过渡金属氮化物的结合能第一原理计算

本文采用第一原理平面波赝势法计算出过渡金属氮化物的晶格常数,在此基础上计算该类物质晶格原胞的总能量,以及分别计算各单原子能量,进而利用结合能公式计算出该类晶体结合能.计算结果与试验值符合的很好,从而验证了通过第一原理计算可以准确的获得材料的很多特征参数.     

Density Functional Theory Study on the Electronic Structure and Optical Properties of SnO2

基于平面波赝势密度泛函理论,分别采用GGA, LDA, B3LYP和PBE0方法研究了金红石型SnO2的结构、电学和光学性质。计算结果表明,采用GGA和LDA超软赝势计算的性质接近,采用GGA和LDA模守恒赝势计算结果类似,采用B3LYP和PBE0方法计算的性质相似。采用B3LYP和PBE0方法计算的带隙相比较采用GGA和LDA模守恒赝势更接近于实验数据,而采用GGA和LDA超软赝势计算的带隙最小。尽管采用不同方法计算的SnO2带隙差距很大,但是计算的态密度和光学性质曲线基本相似,仅仅在数值上有些区别。从计算分析结果来看,采用B3LYP和PBE0方法计算金红石型SnO2的结构、电学和光学性质比其他方法更接近实验值     

CdO电子结构的第一性原理计算

基于密度泛函理论(Density Functional Theory)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了岩盐、氯化铯以及纤锌矿构型CdO的体相结构、电子结构和能量等属性.利用精确计算的能带结构和态密度,从理论上分析了CdO材料基态属性及其化学和电学特性,理论结果与实验结果相符合,这为CdO光电材料的设计与大规模应用提供了理论依据.同时,计算结果也为精确监测和控制这一类氧化物材料的生长过程提供了可能性.     

基于第一性原理Sn-Li合金嵌锂性能和弹性性能的计算与预测

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算锂离子电池负极材料金属Sn在嵌Li过程中形成Li_xSn合金(0≤x≤4.4)的形成能、嵌Li电位、晶体结构、电子结构和弹性性质。结果表明:随着嵌Li量的增加,Li_xSn合金的平均嵌Li电位逐渐降低,体积膨胀率呈现线性增大,费米能态密度整体上呈现增大的趋势,导电性增强。随着嵌Li量的增加,Li_xSn合金中Sn—Li金属键的离子性特征逐渐增强,导致体积模量(B)、剪切模量(G)和弹性模量(E)几乎呈线性降低。G/B值表明,随着嵌Li量的增加,Li_xSn合金由延性转变为脆性,导致LixSn合金容易发生脆性破坏。同时,采用电池程控测试仪测得金属Sn的充放电曲线,发现理论计算的嵌Li电位与实验测得充放电电压具有良好的一致性。     

Cu、Ni掺杂FeS_2电子结构与光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势法,研究Cu、Ni单掺杂与共掺杂体系中FeS_2的晶体结构、电子结构和光学性质。结果表明:掺杂后黄铁矿发生晶格畸变,晶格常数变大,掺杂在FeS_2禁带中引入杂质能级,使禁带变窄,费米能级上移进入导带,掺杂黄铁矿的态密度穿过费米能级,形成简并半导体,体系的导电率增强。光学性质计算表明:掺杂后介电函数虚部主峰、吸收系数和光电导率均出现红移、峰值减小。共掺杂后的光跃迁强度明显增强,可见光区范围内的光吸收系数和光电导率均增大,说明Cu-Ni共掺杂显著增强FeS_2对光的吸收以及光电转换效率。