Y掺杂γ-TiAl电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算过渡元素Y在γ-TiAl中占位情况,并优化了Ti_2Al_2、TiAl_2Y、Ti_3Al_4Y、Ti_7Al_8Y及Ti_(15)Al_(16)Y的结构模型,获得以上掺杂体系的几何结构、电子结构、形成能以及电荷布局值从而分析体系的稳定性、成键特性,预测掺杂体系的宏观性质。结果表明:Y元素优先占据Ti位;随Y掺杂浓度增加,晶格畸变逐渐增大,晶体形成能力逐渐变强,Ti(d)-Al(p)中共价性比例先增加后减小,其中Ti_(15)Al_(16)Y的共价性最弱,有利于γ-TiAl改善脆性。     

Co掺杂4H-SiC电子结构的第一性原理计算

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Co掺杂4H-SiC的电子结构和磁性。计算结果表明:Co掺杂引入了空穴,产生自旋极化。Co掺杂4H-SiC的价带顶和导带底分别由Co的3d态和C的2p态占据,而Si的2p轨道作用较小。通过计算10种可能的掺杂位置,确定了铁磁性最稳定的组态。由于Co_0:3d-C:2p-Co_6:3d链之间存在一定的耦合关系,Co与C原子间强烈的d-p轨道杂化使得Co掺杂4H-SiC处于较稳定的铁磁基态。Co的引入使得基体空穴增加,缺陷调节下空穴载流子的远程交换(RKKY)机制导致了铁磁性的出现。     

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.     

Nb掺杂LiFePO4电子结构的第一性原理研究

采用基于DFT的第一性原理方法,研究Nb掺杂LiFePO4锂离子电池正极材料的电子结构,并进行能带结构、电子态密度、布居和差分电荷密度性质等分析。结果表明:Nb掺杂后体系结构稳定,带隙降低,由于Nbd轨道电子的作用,使费米面附近能带数增加,更有利于电子传递,使电子电导率增加,充放电速率提高;Li-O键键长明显变大,有利于Li离子的扩散。虽然掺杂量大,带隙下降多,但会影响Li离子的扩散,尤其是在Li位掺杂时。综合考虑掺杂量不需要太大。     

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。     

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。     

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。     

n型掺杂BaSnO3的电子结构和光学性能的第一性原理研究

基于密度泛函理论,从头计算了La以及Nb掺杂BaSnO3的稳定性、电子结构和光学性质。结果表明La以及Nb掺杂BaSnO3体系结构稳定,均为n型导电材料,在可见光区透过率大于80%,且La以及Nb掺杂BaSnO3明显改善了体系的导电性。计算结果为实验制备n型BaSnO3基透明导电材料提供了理论指导。     

CBN电子结构和光学性质的第一性原理计算

利用第一性原理计算了立方氮化硼(CBN)的电子结构和光学性质.计算结果表明CBN属于宽禁带间接能隙半导体,带隙值为4.76 eV,B原子和N原子的价电子结构分别为2s0.632p1.73和2s1.482p4.16,B-N布居数为0.64,键长为0.156 53 nm,吸收长波限值约为110 nm,静态介电常数为4.536,光吸收系数及禁带宽度随着外加压力的增大而增大.分别用杂化轨道理论和分子轨道理论对CBN的电子态进行分析,分子轨道理论更能解释DOS计算的结果.     

Bi2Se3薄膜及Pb掺杂电子结构变化的第一性原理研究

采用第一性原理平面波赝势方法,研究Bi2Se3从块体到薄膜的电子结构变化特性. 通过分析材料的原子位置以及电子间相互作用,具体探讨块体、双层和单层薄膜及单层Pb掺杂薄膜的能带结构、态密度等.计算结果表明,这几种材料的价带和导带主要由原子的p态构成,同时由于Bi（Pb）的6s轨道态对价带顶的影响,它们的带隙类型随着材料结构的变化,发生从直接带隙到间接带隙的转变,此外Pb掺杂单层薄膜后产生的Se(1／)层对其电子结构的变化有重要影响.     

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。     

Bi掺杂Mg2Si的稳定性,弹性性能和电子结构的第一性原理计算

从动力学角度研究合金元素Bi对Mg_2Si的掺杂情况,采用CASTEP中基于密度泛函理论的第一性原理方法分析了合金元素Bi掺杂Mg_2Si的占位情况、结构稳定性、弹性性能和电子结构。计算结果表明:Mg_2Si、Mg-7Si_4Bi、Mg_8Si_3Bi均可稳定存在于体系中,Bi原子优先占据Mg_2Si晶体中Si原子位置,Mg_8Si_4Bi间隙固溶体不稳定存在体系中;Mg_Si、Mg_7Si_4Bi、Mg_8Si_3Bi均为脆性相,掺杂合金元素Bi后可以提高Mg_Si的韧性、合金化能力和导电性;Mg_2Si的成键本质是金属键、共价键和离子键的结合,Bi原子掺杂Mg2Si后产生Bi-Si和Bi-Mg键合作用,有利于提高体系的稳定性。     

银氧化锡电子结构的第一性原理

采用基于密度泛涵理论的第一性原理平面波赝势方法,在一般梯度近似下计算Ag6Sn2O4晶体的布居和键长,分析其分波态密度以及电荷等密度分布,研究Ag6Sn2O4晶体的电子结构和成键特性。结果表明:在发生原位反应之后,生成的Ag6Sn2O4晶体中主要是O原子的2p电子轨道与Sn原子的5s、5p电子轨道中的电子成键结合,其中O原子和Sn原子之间的成键能力要强于O原子和Ag原子之间的成键能力,锡氧结合生成SnO2颗粒镶嵌在银的基体中,与实验结果比较吻合。     

B2-RuAl点缺陷结构的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,计算了B2-RuAl金属间化合物的基本物性及其点缺陷结构的几何、能态与电子结构,通过对不同点缺陷结构形成热与形成能的计算与比较,分析和预测了RuAl金属间化合物中点缺陷结构的种类与存在形式.结果表明：RuAl金属间化合物的点缺陷主要是Ru空位和Al反位,在富Ru合金中主要为Ru反位,在富Al合金中则主要是Al反位.这些点缺陷主要以Ru-Ru双空位和Al-Al双反位的组态结构形式出现,并且双空位以Ru-Ru为第一近邻时其点缺陷结构最稳定,而双反位则是以Al-Al为第三近邻时稳定性最高.进一步通过对NiAl和RuAl不同点缺陷结构Cauchy压力的比较,发现点缺陷对RuAl塑性的降低程度比NiAl低,因而含有点缺陷的实际合金的室温塑性RuAl比NiAl好.     

Bi_2Se_3薄膜及Pb掺杂电子结构变化的第一性原理（英文）

利用第一性原理平面波赝势方法,研究Bi_2Se_3从块体到薄膜的电子结构变化特性。通过分析材料的原子位置以及电子间相互作用,具体探讨块体、双层和单层薄膜及单层Pb掺杂薄膜的能带结构、态密度等。计算结果表明,这几种材料的价带和导带主要由原子的p态构成,同时由于Bi(Pb)的6s轨道态对价带顶的影响,它们的带隙类型随着材料结构的变化,发生从直接带隙到间接带隙的转变,此外Pb掺杂单层薄膜后产生的Se(1’)层对其电子结构的变化有重要影响。     

氮掺杂锐钛矿TiO2的电子结构与光学性质的第一性原理计算

用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算了氮掺杂锐钛矿TiO2的电子结构和光学性质。研究了氮掺杂对TiO2能带带隙的影响,计算结果表明,随着N的掺入,TiO2能带间隙减小,同时TiO2由间接带隙半导体转变为直接带隙半导体,电子跃迁的几率增大。掺杂N之后,TiO2的静态介电常数变小,同时在介电函数中,虚部在低能量处就出现峰值。     

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。     

Cr、Mo对DO_3-Fe_3Al力学性能和电子结构影响的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了Cr、Mo在DO_3-Fe_3Al金属间化合物中的占位以及对Fe_3Al力学性能和电子结构的影响。研究显示:Cr、Mo在Fe_3Al中优先替代Al原子;Cr、Mo的添加均提升了Fe_3Al的体模量、剪切模量、弹性模量以及塑性,其中Mo对Fe_3Al的模量以及塑性的提升效果更明显;Cr和Mo同时添加提高了Fe_3Al的体模量、剪切模量、弹性模量,然而略微降低了其塑性。电子结构和电荷密度分析表明:Cr、Mo对Fe_3Al力学性能提高的主要原因是Cr、Mo的s,p和d轨道电子参与了Fe_3Al的电子杂化,Cr、Mo增加了Fe_3Al的成键峰数量,且增加了Fe_3Al中原子间的重叠电子数。此外,Cr、Mo减弱了Fe_3Al中Fe-Fe间电子云的方向性。     

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。     

P掺杂4H-SiC超晶胞的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算本征以及P替位式掺杂,P间隙式掺杂4H-SiC的晶格常数、能带结构、态密度、载流子浓度和电导率。结果表明:P掺杂减小了4H-SiC的禁带宽度,其中P替位C原子掺杂的禁带宽度最小。替位式掺杂导致4H-SiC的费米能级进入导带,使其成为n型半导体,间隙式掺杂使4H-SiC的费米能级接近导带并在其禁带中引入杂质能级。替位式掺杂后,4H-SiC的自由电子主要存在于导带底,而间隙式掺杂4H-SiC中除了导带底外,禁带中的杂质能级也提供了自由电子,因此,电子浓度大幅度增加。掺杂4H-SiC的载流子迁移率主要由中性杂质对电子的散射决定,较本征态的大幅度降低。通过计算4种体系的电导率可知,P替位Si原子掺杂4H-SiC的电导率最大,导电性最好。