Fe、La掺杂LiNbO3电子结构和光学性质的第一性原理

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,研究本征LiNbO3晶体以及Fe、La掺杂LiNbO3的电子结构及光学性质.计算LiNbO 3晶体在不同掺杂体系下的折射率、反射率、吸收函数、能量损失谱以及光电导率等光学性质.结果表明:本征LiNbO 3晶体没有磁性,但可以通过Fe原子的诱导产生自旋极化.Fe掺杂LiNb...     

基于(Li_(0.75)Na_(0.25))(Fe_(0.75)Mn_(0.25))PO_4正极材料电子结构的第一性原理研究(英文)

采用第一性原理平面波赝势方法计算研究了在LiFePO4的Li位、Fe位和Fe/Li位共掺杂金属原子对材料的电性能和局部结构稳定性的影响关系。结果表明:Li位掺杂(Li0.75Na0.25)FePO4比Fe位掺杂Li(Fe0.75Mn0.25)PO4表现出更好的电子电导性,而局部结构稳定性刚好相反。但是Fe/Li位共掺杂对电子电导性和局部结构稳定性具有双重优化作用,这可能是由Na-2p电子与Li-s电子相互作用引起的。同时,根据计算差分电荷密度关系可以发现共掺杂后会有大量其他原子电荷向Li原子周围偏移,从而改善材料的电子电导性能。     

(9,0)单臂SiC纳米管电子结构与光学性质第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,计算了(9,0)单臂SiC纳米管的电子结构和光学线性响应函数,利用精确计算的能带结构和态密度分析了(9,0)单臂SiC纳米管电子结构与光学性质的内在关系。计算结果表明,(9,0)单臂SiC纳米管是一直接宽禁带半导体材料,禁带宽度达到了1.86 eV,价带顶和导带底主要由C和Si原子的p轨道形成,Si-C键主要以sp2、sp3杂化轨道存在,这是SiC纳米管稳定存在的主要原因。光学性质的计算结果显示,在0~10 eV的能量范围内出现了明显的介电峰,吸收带边对应于紫外波段。因此,(9,0)单臂SiC纳米管或许会成为优异的紫外半导体材料。     

Mg-Ti-H体系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的第一性原理赝势平面波方法,对不同Ti含量的MgxTi(1-x)H2(x=0.25,0.5,0.75,0.875)体系的电子结构进行研究,并预测其光学性质。电子态密度计算结果表明:在MgH2中加入Ti原子,使MgxTi(1-x)H2体系呈现金属特性,这源于Ti诱导费米能级处电子密度增加和费米能级附近能隙消失。电荷密度分析进一步得到了Ti-H原子间形成比Mg–H原子间更强的共价键的成键本质。光学性质预测结果表明,MgxTi(1-x)H2体系中Ti含量对其可见光能量附近的光学性质存在重要影响,较低Ti含量(如Mg0.875Ti0.125H2)不利于提高其可见光的吸收能力,而较高Ti含量(如Mg0.25Ti0.75H2)则对可见光的反射较高。计算结果为制备具有优良的太阳光吸收能力和光电转化效率的Mg-Ti-H光电材料提供了理论依据。     

BiOCuS电子结构、化学键和弹性性质的第一性原理研究(英文)

利用基于密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)研究四方相BiOCuS的电子结构、化学键和弹性性质。能带结构显示,BiOCuS为间接带隙半导体,带隙宽为0.503eV;态密度和分态密度的结果表明,费米能级附近的态密度主要来自Cu-3d态。布居分析表明,BiOCuS中的化学键具有以离子性为主的混合离子?共价特征。计算得到四方相BiOCuS的晶格参数、体模量、剪切模量和单晶的弹性常数,由此导出弹性模量和泊松比。结果表明,BiOCuS是力学稳定的,且具有一定的延展性。     

Mg-Zn-Y-La合金中二元相的电子结构,力学性质和光学性质的第一性原理计算

为了研究稀土元素对镁锌合金性能的影响,利用基于第一性原理计算的平面波赝势方法,对Mg₂Y、Mg₂La和Mg₃La的结构稳定性、电子结构、力学和光学性能进行了计算和分析。形成热和结合能的计算结果表明,Mg₃La具有最强合金化能力,而Mg₂La具有最强的结构稳定性。通过电子态密度(DOS),电子占据数和差分电荷密度分析了结构的稳定机制。计算了三种结构的弹性常数,并进一步得到了体模量B,剪切模量G,杨氏模量E和泊松比ν等。计算结果表明：Mg₂Y具有最强的抵抗变形能力,Mg₃La具有最强的刚度和抵抗剪切变形能力,而Mg₂La塑性最强。进一步分析表明Mg₂Y和Mg₂La为延性相,而Mg₃La为脆性相。此外,硬度和熔点的计算结果表明,三种金属间化合物中,Mg₃La的耐磨性最好,Mg₂Y的耐热性最好。最后计算并分析了三种晶体结构的折射率,反射率,吸收系数和损失函数。     

Lu-F共掺杂ZnO光电性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势(PWPP)方法,模拟计算未掺杂,Lu、F单掺杂及Lu-F共掺杂ZnO的几何结构、能带结构、态密度分布、光吸收谱和介电常数等性质。结果表明：掺杂后ZnO的晶格常数发生畸变,晶胞体积增大,禁带宽度不同程度地减小;在光学性质方面,F单掺杂较Lu单掺杂和Lu-F共掺杂时在可见光区的吸收系数和反射低,反映前者在可见光范围具有较高的透射率。     

ZnRh_2O_4电子结构与光学性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函第一性原理的GGA方法,研究ZnRh2O4的电子结构和光学性质。计算结果表明:ZnRh2O4具有明显的半导体能带结构特征,其带隙宽度为1.084eV,且在费米能级附近的态主要由Rh的4d态构成。ZnRh2O4的静态介电常数为8.215,静态折射率为2.866,介电函数吸收边位于1.0eV附近。在能量为0～8.44eV区域,ZnRh2O4的反射系数随着能量的升高而逐渐增大;随后随能量的增大而逐渐减小;在能量为11.98eV时,达到极小值,然后随能量的增大,再次逐渐增大;在能量为13.762eV时,再次达极大值,随后反射系数陡降;ZnRh2O4的吸收系数的数量级达105cm-1,且吸收主要发生在低能区,其电子能量损失谱的共振峰在14.226eV处,与此能量时反射系数的陡降相对应。     

Si掺杂正交相SrHfO_3电子结构与光学性质的第一性原理计算（英文）

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了正交相SrHfO3和以Si替换Hf方式形成的掺杂态SrHfO3的形成能,几何结构,电子结构和光学性质。负的形成能表明在由单元素形成Si掺杂态的SrHfO3的反应中,Si占居Hf位置与Sr位置两种情况在能量上是有利的,并且Si原子更加倾向于占居Hf位置。纯的SrHfO3计算得到的晶格常数与文献报道的实验值和理论值是一致的,而Si占居Hf位置后会导致SrHfO3的晶格常数减小。能带结构显示在掺入Si原子后会使带隙变小。布居分析与电荷密度图一致,说明在Hf位置掺入Si后掺杂位置附近的Hf-O键以共价键为主,Sr-O键以离子键为主。最后,对Si掺杂后SrHfO3在(100)方向上的介电常数、反射率、吸收系数、折射率进行了计算与分析。     

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。     

First principles calculation on ternary stannide phase narrow band gap semiconductor Na2MgSn

The electronic structures, chemical bonding, elastic and optical properties of the ternary stannide phase Na₂MgSn were investigated by using density-functional theory (DFT) within generalized gradient approximation (GGA). The calculated energy band structures show that Na₂MgSn is an indirect semiconductor material with a narrow band gap 0.126 eV. The density of state (DOS) and the partial density of state (PDOS) calculations show that the DOS near the Fermi level is mainly from the Na 2p, Mg 3p and Sn 5p states. Population analysis suggests that there are strongly bonded Mg-Sn honeycomb layers in Na₂MgSn. Basic physical properties, such as lattice constant, bulk modulus, shear modulus, elastic constants c_ij were calculated. The elastic modulus E and Poisson ratio v were also predicted. The results show that Na₂MgSn is mechanically stable soft material and behaves in a brittle manner. Detailed analysis of all optical functions reveals that Na₂MgSn is a better dielectric material, and reflectivity spectra show that Na₂MgSn promise as good coating materials in the energy regions 6.24–10.49 eV.     

Ca、Sr和Ba掺杂Mg_2Si弹性性能和电子结构的第一性原理研究

采用第一性原理平面波赝势方法研究了合金元素X(X=Ca、Sr、Ba)掺杂Mg2Si的占位情况:(1)取代Mg原子位置;(2)取代Si原子位置;(3)间隙固溶到Mg2Si晶胞中。分析合金系Mg7Si4X,Mg8Si3X,Mg8Si4X的形成热和结合能可知,Mg7Si4X的形成热和结合能均为负值,且最小。表明Mg7Si4X更容易形成稳定化合物,具有较强的合金化能力,且Ca,Sr,Ba掺杂Mg2Si时有优先占据Mg原子的倾向。研究Mg7Si4X的弹性模量和电子结构发现:Mg7Si4Ca、Mg7Si4Sr为脆性相;Mg7Si4Ba为延性相,塑性最好;掺杂Ca,Sr,Ba使Mg2Si逐渐由脆性向韧性转变。Ca,Sr,Ba的掺入均使Mg2Si的电子态密度发生偏移,费米能级处的电荷密度增加,导电性增强,共价键作用减弱,合金系结构稳定性减弱。     

First principles study on electronic structure and optical properties of novel Na-hP4 high pressure phase

The electronic structure and optical properties of novel Na-hP4 high pressure phase at different pressures (260, 320, 400 and 600 GPa) were investigated by the density functional theory (DFT) with the generalized gradient approximation (GGA) for the exchange and correlation energy. The band structure along the higher symmetry axes in the Brillouin zone, the density of states (DOS) and the partial density of states (PDOS) were presented. The band gap increases and the energy band expands to some extent with the pressure increasing. The dielectric function, reflectivity, energy-loss function, optical absorption coefficient, optical conductivity, refractive index and extinction coefficient were calculated for discussing the optical properties of Na-hP4 high pressure phase at different pressures.     

Fe中刃型位错芯的模型建立及电子结构研究

本文用密度泛函理论框架下的离散变分方法(DVM)研究了bccFe[100](001)刃型位错体系的电子结构,给出了结合能、原子间相互作用能以及电荷转移信息。结果表明：通过结合能的计算可确立用于电子结构研究的团簇平衡构型。此外,原子间相互作用能的计算以及差分电荷密度分析表明在位错芯的压缩区,沿滑移面的原子对之间的化学键较强,而垂直于滑移面的键较弱。反之在位错的膨胀区,沿滑移面的原子对之间的化学键较弱,而垂直于滑移面的键较强,预期与位错承受外力作用时的原子错动变化以及位错在晶体中的运动相关。     

Y掺杂MgZn2稳定性、电子结构和力学性能的第一性原理计算

目的 稀土元素Y掺杂是改善7xxx系铝合金断裂韧性的重要途径,然而因其掺杂量极低,通过实验很难测定微量Y对7xxx系铝合金析出相及强韧机制产生的作用,限制了7xxx系铝合金的进一步发展。采用第一性原理计算方法探究Y掺杂对7xxx系铝合金中重要析出相MgZn2的影响机理,为7xxx系铝合金的微合金化强韧机理研究提供理论依据。方法 构建适于第一性原理计算、Mg/Zn的原子数分数比为1∶2的晶体模型,Y原子通过替换Mg或Zn原子的方式进行掺杂,通过能量计算、电子计算和弹性常数计算等分析Y掺杂对MgZn2能量稳定性、电子结构和力学性能的影响机理。结果 经Y掺杂后,形成3种固溶体Mg3Zn8Y、Mg4Zn7Y-1和Mg4Zn7Y-2,它们的形成热均小于0,即它们均可自发形成且稳定存在。通过结合能计算发现,3种固溶体的结合能都小于MgZn2的结合能,说明Y掺杂促进了MgZn2的稳定性。通过电子结构分析发现,Y掺杂后与Mg、Zn原子形成强的共价键,增强了体系的稳定性,Mg-Zn原子间形成了强离子键,MgZn2中Zn-Zn原子间的共价键变为强离子键。力学性能计算结果表明,经Y掺杂后MgZn2的硬度降低、韧性上升, 即Y掺杂增强了7xxx系铝合金中重要弥散析出相MgZn2的韧性,从而提升了7xxx系铝合金的断裂韧性和抗疲劳能力。结论 基于计算结果分析得出,Y掺杂提升了MgZn2的稳定性、键合强度和断裂韧性,相关计算分析为微量Y掺杂增强7xxx系铝合金断裂韧性的实验分析提供了指导。     

Mg-Zn-Y-La合金中二元相的电子结构和力学性质的第一性原理计算（英文）

为了研究稀土元素对镁锌合金性能的影响,利用基于第一性原理计算的平面波赝势方法,对Mg2Y、Mg2La和Mg3La的结构稳定性、电子结构和力学性能进行了计算和分析。形成热和结合能的计算结果表明,Mg3La具有最强合金化能力,而Mg2La具有最强的结构稳定性。通过电子态密度(DOS),电子占据数和差分电荷密度分析了结构的稳定机制。计算了3种结构的弹性常数,并进一步得到了体模量B,剪切模量G,杨氏模量E和泊松比γ等。计算结果表明:Mg2Y具有最强的抵抗变形能力,Mg3La具有最强的刚度和抵抗剪切变形能力,而Mg2La塑性最强。进一步分析表明Mg2Y和Mg2La为延性相,而Mg3La为脆性相。此外,硬度和熔点的计算结果表明,3种金属间化合物中,Mg3La的硬度最大,Mg2Y的熔点最高。     

合金元素对单相渗碳体磁性粉体制备及性能的影响

通过机械合金化和真空退火热处理的方法制备了单相渗碳体粉末,并结合第一性原理计算,分析了Mn、Cr和Si对合金渗碳体的成相能力及渗碳体磁学性能的影响.结果表明,机械合金化+600℃真空热处理可获得单相渗碳体.Si的加入完全抑制了渗碳体的生成,而加入Mn、Cr对渗碳体生成有促进作用.Cr、Mn合金化的渗碳体的粉末饱和磁化强...     

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.