高压下Zr2AlC电子结构的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了三元层状化合物Zr2AlC在不同压力下的电子结构。在0~40GPa的压力范围内,Zr2AlC沿c轴的压缩性较a轴更容易,晶格的内坐标z随压力的增加而增加。对能带结构和电子态密度分析表明,能带随着压力的增加将会展宽,费米能级处的电子态密度减少,金属性减弱。在Zr2AlC中还表现出一定共价键和离子键特性,其中共价性随压力的增加而增强。     

Fe-N-Cr电子结构及耐蚀性第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对Fe-N-Cr电子结构和腐蚀机理进行了研究。建立Fe、Cr、Fe-N、Fe-N-Cr晶胞模型并计算其能量、电荷密度、能带结构、态密度、局域态密度等电子结构参数,进而分析高氮不锈钢的耐蚀机理。结果表明,氮固溶后,Fe与N之间存在明显的电荷转移,构成了二者之间的离子键;Fe-N-Cr的能带宽度小于其他两种固溶体,原子轨道扩展性较弱;Fe、Fe-N、Fe-N-Cr的态密度成键峰高度依次增大,成键电子数增加,Fe-N-Cr结构的耐蚀性能最好。     

外压力下TiN电子结构的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,研究了fcc-TiN在不同压力下的稳定性以及电子结构。通过焓压计算得到TiN由fcc结构到bcc结构的相变压力值约为350GPa,并研究了fcc-TiN的力学稳定性。对fccTiN以及bcc-TiN的电子结构进行计算,对得到的电荷密度、能带结构以及电子态密度进行综合分析和比较,发现随着压力的增加TiN的金属性降低。     

压力下纤锌矿ZnS电子结构的第一性原理研究

计算了纤锌矿ZnS以及压力体系下的电子结构,分析和比较了体系的能带结构、态密度、费米能级以及应力对ZnS体系电子结构的影响.所有计算都是基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一原理平面波超软赝势方法.结果表明:随着压力的逐渐增大,Zn-S键长缩短,相互作用增强,价带与导带分别向低能和高能方向移动,带隙Eg展宽,这从理论上解释了ZnS带边和能隙与压力的关系.     

应力条件下ZnO电子结构的第一性原理研究

计算了外压调制下ZnO体系电子结构特性,分析了外压对ZnO电子结构的影响.所有计算都是基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法.结果表明:随着压力的逐渐增大,Zn-O键长缩短,价带与导带分别向低能和高能方向漂移,带内各峰发生小的劈裂,带隙Eg明显展宽,Zn的3d电子与O的2p电子杂化增强.     

Ti3SnC2电子结构的第一性原理研究

采用密度泛函数理论框架下的第一性原理研究了Ti3SnC2的电子结构,利用GGA-PW91基组对Ti3SnC2晶体结构进行了优化,并计算了Ti3SnC2的能带结构、总态密度和各原子的分态密度.对能带和总态密度的计算结果表明,Ti3SnC2在费米能级处电子态密度较高,材料表现出较强的金属性,同时材料的导电性为各向异性.Ti3SnC2各原子的分态密度图的计算结果表明,其导电性主要由Ti2的3d电子决定,Ti1的3d态电子、Sn的5p态电子和C的2p态电子也有少量贡献.决定材料电学性质的主要是Ti的3d、Sn的5p和C的2p态电子的p-d电子轨道杂化,而p-d电子轨道杂化成键则使材料具有比较稳定的结构.     

Ti2GeC电子结构和弹性性质的第一性原理研究

采用第一原理的方法研究了Ti2GeC的电子结构和弹性性质.从电子结构中可以看出,Ti2GeC中存在着共价键、离子键和金属键3种键.在态密度和Mulliken布居分析中有赝能隙和电荷转移.还得到了体模量、杨氏模量、切变模量、泊松比和德拜温度等物理参数.各向异性参数表明了Ti2GeC在压缩和剪切上主要呈现出各向同性.     

TiN振动和热力学性质的第一性原理研究

基于平面波赝势的第一性原理方法,对TiN的B1(NaCl)和B2(CsCl)以及B3(闪锌矿)复合结构的力学性能以及焓与压力之间的关系进行了研究,并讨论了它们的相对稳定性.通过研究分析可知,TiN在347 GPa左右时会发生从B1到B2的结构相变,在-17.5 GPa左右时会发生从B1到B3的结构相变.由声子频率对压强的依赖关系可知频率和带隙随着压力的增加而增加.另外高温区TiN的热膨胀系数受温度的影响较小.     

CdO电子结构与光学性质的第一性原理计算

计算了CdO电子结构和光学线性响应函数,从理论上给出了CdO材料电子结构与光学性质的内在关系.所有计算都是基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法.利用精确计算的能带结构和态密度分析了带间跃迁占主导地位的CdO材料的能量损失函数、介电函数、反射谱,理论结果与实验符合,通过电荷密度差分图分析了CdO材料的化学和电学特性,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该类氧化物材料的生长过程提供了可能性.     

TiN_x电子结构与光学性质的第一性原理计算

利用第一性原理计算了TiNx体系中不同N含量(x=0、0.5、0.6和1)所对应TiNx晶胞结构的电子结构和光学性质。计算结果表明,TiNx均具有典型的金属性,随着N含量的增加,TiNx金属性减弱;精确计算了TiNx(x=0、0.5、0.6和1)晶体的介电函数和反射率函数,得出的计算结果与现有的理论吻合得较好,该结果为TiNx材料在分子原子尺度上的进一步设计及其应用提供了理论依据。     

Ti2SiC在高压下结构、弹性和电子性质的第一性原理研究

采用第一性原理方法,研究了Ti_2SiC在高压下的结构、弹性和电子性质。结果表明,随着外压的增大,Ti_2SiC的晶格常数a、c和体积V均减小,且a比c减小幅度更大,表明Ti_2SiC在a轴方向比c轴方向更容易被压缩,体现了该材料的各向异性。计算分析了Ti_2SiC的弹性常数、体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比等弹性性质,这些弹性性质均随着外压的增加而增大,并根据弹性常数证明了Ti_2SiC在0~50GPa范围内均是力学稳定的。此外,还从电子态密度的角度考察了Ti_2SiC的电子性质,认为其具有共价键和金属键的双重性质,并发现在0~50GPa范围内压力对Ti_2SiC的态密度性质影响较小。     

第一性原理铽掺杂钙钛矿型钆铝酸盐的电子结构计算

基于局域密度近似(LSDA,Local spin-density approximation)和有效库仑相关能(U approach),采用第一性原理计算软件VASP,计算了钙钛矿型钆铝酸盐(GdAlO3,GAP)电子结构,并研究了铽离子(Tb3+)掺杂后(GdAlO3∶Tb,GAP∶Tb)对能带带隙(Eg,Energy of gap)的影响。计算结果表明:GAP为直接带隙半导体,带隙宽度主要由价带(VB,Valence band)顶部的O-2p和导带(CB,conduction band)底部Al-3(s+p)、Gd-(s+d)(p)决定,Eg值为4.8eV;随着Tb3+的掺入,当掺入量为1/4原子比时(GAP∶Tb0.25)出现杂质能级,为3eV、2.3eV,分别对应Tb3+的5 D3-7FJ(J=3,4,5,6)电子跃迁和5 D4-7FJ(J=3,4,5,6)电子跃迁。当掺入量为1/16时(GAP∶Tb0.0625),仅杂质能级2.3eV较为明显,这一计算结果与GAP∶Tb0.7荧光粉在紫外激发下绿色荧光发射明显这一实验现象相符合(荧光发射主峰对应5 D4→7F5(544nm))。     

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。     

Ni掺杂CdS电子结构和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计算方法,对纤锌矿结构CdS和CdS∶Ni几何结构、能带结构、电子态密度和光学性质进行了系统的研究。计算结果表明,Ni原子掺入CdS后晶格常量均减小,晶格发生局部畸变;Ni的掺杂在费米面附近引入杂质能级,极大地提高了CdS系统的导电性。光学性质的计算结果显示,掺杂导致在可见光区域出现了强度微弱的新吸收峰。所有结果表明,Ni掺杂CdS体系是极具潜力的透明导电材料。     

利用第一性原理研究Ge:Si电子结构与光学性质

采用基于密度泛函理论的平面渡超软赝势方法和广义梯度近似,计算了掺杂Ge前后单晶Si中Si-Ge键的布居值、键长以及能带结构和态密度.计算结果表明,Ge掺杂后体系晶格常数发生变化,Ge-Si键变长,布居值及带隙宽度减小.还进一步研究了掺杂Ge后的光学性质,掺杂后静态介电常数值与纯Si相比有所增大,且吸收带宽变窄、吸收带边明显红移,并对这些掺杂诱导的材料物性变化进行了解释.     

钽铌酸钾晶体相结构和相变的研究

本文采用 X 射线粉末衍射法研究了不同组分钽铌酸钾的相结构、高温相变特征和温度与组分的关系等。并讨论了相变的过程。     

以第一性原理研究CaCO_3的表面能与电子结构

采用第一性原理方法和slab模型研究了方解石型CaCO3(10~10)和(0001)晶面的表面能、表面驰豫与电子结构。结果表明(0001)面因较高的表面能而更不稳定,易与其它物质反应且具有较快的生长速度。(10-10)晶面因表面能低而生长缓慢,容易暴露。弛豫后(10-10)表面的Ca、C原子向内收缩而O原子却略微向外扩张,CO2-3集团发生转动使结构更稳定。(0001)表面的Ca原子以及第二层的C、O原子均向内收缩并且原子弛豫程度比(10-10)面大。计算的DOS表明:与CaCO3体相约5.0eV的带隙相比,表面结构的带隙略微减少,而(0001)表面减少更多。虽然表面C原子与O原子由于强烈的DOS交叠形成典型的共价键,而Ca-O键则相对较弱,(0001)表面结构的C-O和Ca-O键相对更弱,且表面稳定性主要与O-p电子有关。电荷密度表明(0001)面内的C原子与周围3个O原子之间存在强烈的C-O共价键而组成三角形状的CO2-3集团,其键能远大于Ca-O键。(10-10)表面模型的CO和Ca-O键均比(0001)面强,并且表面的电荷密度也高于(0001)面,因而更稳定。     

铝掺杂单壁扶手型(6,6)硅纳米管电子结构和光电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计算,研究了铝掺杂对单壁扶手型(6,6)硅纳米管电子结构和光电性质的影响。结果表明,本征态硅纳米管属于直接带隙半导体,其禁带宽度为0.42eV,而铝掺杂硅纳米管为间接带隙半导体,其禁带宽度为0.02eV。单壁扶手型(6,6)硅纳米管的价带顶主要由Si-3p态电子构成,而其导带底则主要由Si-3p态电子决定。同时通过铝掺杂,使硅纳米管的禁带宽度变窄,吸收光谱产生红移,研究结果为硅纳米管在光电器件方面的应用提供了理论基础。     

第一原理计算Al_2Mg中间相的电子结构

对镁合金材料研发应用现状与发展趋势进行了论述,展望了镁合金研发应用的未来发展趋势。采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法,通过选用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)分别计算了Al2Mg晶体的几何与电子结构,分析了其电子态密度以及电荷密度分布,研究了Al2Mg晶体的电子结构和成键特性。