Mg_2Si的声子谱与力热性能的第一性原理计算

针对6xxx系铝合金的主要强化相Mg2Si的力热性能,采用密度泛函理论、第一性原理以及CASTEP软件进行了理论计算,得到了Mg2Si的平衡晶格常数、弹性系数、声子谱、声子态密度以及相关热力学参量,并对计算曲线进行了理论分析.结果表明:合金强化相Mg2Si的刚性较好,脆性较强,在合金中能起到强化作用.通过声子谱及声子态密度曲线可知,存在9条色散关系曲线,其中3条为声学波,6条为光学波,且频率在8.51 THz附近的格波振动较强.随着温度的增加,熵、焓均增加,而自由能减少.当温度低于200 K时,热容量随着温度的增加而明显增加;当温度高于400K后,热容量接近于常量,其计算结果与物理规律一致.     

晶体Si能带的密度泛函及第一性原理计算

针对晶体Si在二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路中的应用与其能带结构密切相关的问题,采用密度泛函理论及第一性原理的赝势平面波方法,从理论上计算了晶体Si的电子能带.计算结果表明：Si的晶格常数为0.540nm,与实验参考值相吻合;其价带宽度为11.80eV,导带宽度为9.58eV,该结果与其他学者用OPW方法所计算的结果相符合;价带与导带之间的禁带宽度为0.80eV,进一步说明了Si是良好的半导体材料.     

金属Al电子结构与热力学性质的第一性原理计算

针对金属Al的电子结构与热力学性质,采用基于密度泛函理论的第一性原理以及CASTEP软件进行了理论计算,得到了金属Al的平衡晶格常数、相关弹性系数、电子能带、态密度、声子谱、声子态密度以及相关热力学参数,并对计算结果进行了理论分析.结果表明,金属Al具有明显的导电特性与良好的塑性.金属Al具有3条声学支波色散曲线与一个声子态密度峰.随着温度的增加,熵、焓均增加,而自由能减少.热容量随着温度的增加而迅速增加,当温度达到500 K后,热容量几乎不变,所得结论与物理规律相符合.     

密度泛函理论的基本计算方法研究进展

密度泛函理论(DFT)作为处理多粒子体系的近似方法已经在凝聚态物理、材料科学和量子化学等领域取得了巨大成功并获得广泛应用。综述了密度泛函理论及其数值方法的发展历程和最新进展,重点对基本理论和各类交换关联泛函进行分析,并对DFT的发展趋势做出了展望。     

第一原理计算α-Al2O3电子态密度性质分析

利用第一性原理中的DFT理论计算了α-A l2O3晶体结构的能带结构和电子态密度,计算过程用软赝势表示原子芯区电子,结构优化后的晶格常数与实验值误差在很小的范围内.分析了A l和O的s和p轨道对分态密度的影响,依据晶体场理论分析了态密度成键轨道和反键轨道的归属.结果表明,禁带能隙约为8 eV,导带位于6.7~17.5 eV,对(110)晶面切片电子密度分析,发现氧原子周围强烈的电子定域分布.α-A l2O3电子的布居分析发现,在铝和氧之间存在明显电子转移.     

N掺杂SiC纳米线的制备、场发射性能及第一性原理计算

利用简单的化学气相沉积法,首次以固态三聚氰胺(C3H6N6)为N掺杂剂,与Si/SiO2粉体混合,在1 250℃下保温25min,制备出N掺杂SiC纳米线。采用XRD、SEM、元素分析等测试手段对产物的物相和微观形貌进行了表征,并对其场发射性能进行了研究,采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理对N掺杂前后SiC纳米线的电子结构进行了计算。结果表明:掺N后的纳米线弯曲程度明显变大,场发射性能显著提高,开启电场值和阈值电场值由原来的3.5V.μm-1和6.6V.μm-1分别降低为2.6V.μm-1和5.5V.μm-1。此外,第一性原理计算表明,掺N后的纳米线禁带宽度明显变窄,使电子从价带向导带过渡时需要更少的能量,从理论上解释了N掺杂SiC纳米线场发射性能增强的原因。     

AlN能带及态密度的密度泛函理论研究

文章采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法计算了A lN晶体的能带结构和态密度曲线。研究表明,A lN的价带由-15.3eV－-12.3eV的下价带和-6.2eV－0eV的上价带区组成,价带顶出现三个子带：简并的重空穴、轻空穴和自旋-轨道耦合所分裂出来的劈裂带（距带顶0.2eV）;导带主要是由A l的3s、3p态电子和N的2p态电子构成的;理论预测A lN价带空穴具有大的有效质量;A lN是一种直接宽禁带半导体,带隙为4.7eV,比较起来该结果优于一些文献中的计算值。     

Bi掺杂BaSnO3电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的全势线性缀加平面波法,对Bi掺杂钙钛矿BaSnO3电子结构进行了第一性原理的研究．研究结果表明：BaSnO3是一种间接带隙材料,带隙值为0．33eV,掺杂前其光吸收和催化能力都很弱,但掺杂后的Ba1-xBixSnO3是一种直接带隙材料;随着掺杂量的增加,其带隙值和晶格常数都减小;费米面都向高能移动,使得介电函数的虚部的峰值大幅度提高,介电损失减小．掺杂提高了Ba1-xBiSnO3的光吸收和催化能力,表明Ba1-xBiSnO3是一种有前景的光学材料．     

小直径螺旋型单壁碳纳米管电子结构的计算

针对结构参数（m,n）为（4,1）、（4,2）和（5,2）等小直径螺旋型单壁碳纳米管的电子结构,采用密度泛函理论、第一性原理以及ABINIT软件进行了理论计算,得到了上述管的电子能带及其态密度曲线,并分析了这些管的导电性能.计算结果表明：（4,1）和（5,2）这两种单壁碳纳米管无能量禁带,均属于金属型;而（4,2）管有能量禁带,属于半导体型.此结论与用金属型单壁碳纳米管的判据|m-n|=3J（J=0,1,2,3,…）给出的结果一致.     

苯甲酸单晶的制备及晶体结构、能带结构和光学性质的第一性原理计算

合成了化合物苯甲酸(C6H5COOH),并通过X射线单晶衍射对其结构进行了测定。该化合物属于三斜晶系,P1-空间群,晶胞参数为a=0.515 6(8)nm,b=0.552 1(8)nm,c=2.204 9(3)nm,α=97.19°,V=0.622 8(16)nm3,Z=18。采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法的CASTEP计算模块研究了苯甲酸晶体的基态性质,包括几何优化后的态密度、能带结构和基本的光学函数。利用精确计算的能带结构和态密度,分析了苯甲酸单晶材料的反射谱、吸收谱和介电函数,为苯甲酸单晶材料在光、电领域的应用提供了理论依据。     

Fe-N 化合物电子结构研究

在ＬＣＡＯ近似下,提出一种拟合参数的方法,以确定Ｆｅ－Ｎ化合物能量积分的可调参数,从而计算结构较为复杂的Ｆｅ３Ｎ、Ｆｅ２Ｎ物理性质（如态密度等）。     

稀土元素对Ni-Cr-Al合金高温氧化影响机理的研究

采用第一性原理赝势平面波方法,通过Materials Studio软件中的Castep模块,建立Al2O3晶胞,稀土元素Y的加入有助于控制Al2O3或Cr2O3的生长速度,减少氧化薄膜和基体间形成空洞,从而提高氧化薄膜的粘附性.稀土元素La的加入与S形成化合物,消除S对基体产生的不良反应,改善了氧化薄膜的粘附性.     

Ni/BiFeO_3超晶格磁电效应的第一性原理计算

为了探究铁磁/铁电超晶格材料的磁电耦合效应,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Ni/BiFeO_3超晶格的电子结构和磁矩.结果表明,Ni/BiFeO_3超晶格界面处Ni-3d轨道与O-2p轨道发生了强烈的电子杂化作用,Ni和BiFeO_3界面主要通过以O原子为中间媒介的电荷转移进行相互影响.在外加电场作用下,由于铁电极化的存在,超晶格结构上下两个界面存在磁化差异,原子成键和电荷转移重新分布能够引起较强的磁电耦合效应. Ni/BiFeO_3超晶格界面磁电耦合系数约为3. 509×10-~(14)T·cm~2/V.     

羟基磷灰石生物材料的第一原理计算

通过密度泛函理论计算来研究原子尺度羟基磷灰石晶体结构和电子结构.结果表明,羟基磷灰石为P63空间群六方单胞,点阵参数为a=0.9302nm、b=0.9303nm、c=0.6770nm,α=90°、β=90°、γ=120°.单胞总态密度主要是由各原子s,p,d电子态组成,费米能级主要是氧的2p4轨道的贡献,表明单胞结构中氧的2p电子最活泼.将优化后结构的衍射图谱和实验衍射图谱进行了比较,匹配较好.     

二氧化钛上光催化分解水的模拟计算进展

TiO2具有催化活性高、稳定性好、对人体无毒、成本低等特点,是目前研究和应用范围最广泛的光催化剂。利用TiO2光催化分解水已进行了大量的实验研究,为了进一步提高反应效率,需要更多的研究从微观尺度理解光催化分解水反应中的基本过程。基于分子模拟的密度泛函理论、经典分子动力学以及第一性原理分子动力学方法,从水在TiO2表面的吸附及分层结构、TiO2表面分解水的反应能垒和限速步骤、TiO2表面电荷转移过程3个方面介绍了TiO2光催化分解水的模拟计算最新进展,进而分析探讨了该领域当前研究存在的问题和今后的研究重点。     

Electronic structures of nickel metal with hydrogen impurity

By using a first-principles numerical method, the electronic structures of face-centered cubic Ni doped with H, H+ and H- are investigated. In two adopted cluster models, H occupies the centers of octahedron and tetrahedron as interstitial. It was found that the former is preferentially occupied. The constructed Ni-H, Ni-H+ and Ni-H- bonds are only slightly different due to electron flowing. The residual (doping H-) or insufficient (doping H+) electrons are basically absorbed or supplied by the further matrix atoms. The additions induce a strong reduction of the interactions between their first neighbor atoms, but a weaker alteration of those between their first and second neighbors, which is the expression of hydrogen local effect and can be regarded as an explanation of hydrogen embrittlement.     

压力及缺陷对蓝宝石电子结构影响的第一性原理研究

基于密度泛函理论下的平面波超软赝势方法,计算了蓝宝石在三种结构相（Corundum相、Rh2O3（II）相、CaIrO3相）下的晶格参数随压力变化的关系,并得出了不同压力下的晶格常数间的比值。同时还计算了在131.2 GPa压力下不同点空位缺陷（VO^＋1、VO^＋2、VAl^-1、VAl^-2、VAl^-3）对80个原子的超原胞AL2O3（CaIrO3相）晶体参数影响。最后为了进一步分析蓝宝石的电子结构,本文还计算了131.2 GPa压力下的AL2O3（CaIrO3相）下的理想晶体和含＋2价氧空位时的总和分态密度,并将二者作了对比,结果表明＋2价氧空位存在时有电子缺陷态出现。     

Comparative DFT study of [Mg(CHZ)3](ClO4)2 and [Mg(CHZ)3](NO3)2 (CHZ=Carbohydrazide)

The molecular geometry,electronic structure,thermochemistry and infrared spectra of [Mg(CHZ)3](ClO4)2 and [Mg(CHZ)3](NO3)2 were comparatively studied using the Heyd-Scuseria-Ernzerhof(HSE) screened hybrid density functional with 6-31G** basis set.The experimental results show that the complexes have six-coordinated octahedron feature,and the metal-ligand interactions are predominantly ionic in nature.The calculated heats of formation predict that [Mg(CHZ)3](NO3)2 is more stable than [Mg(CHZ)3](ClO4)2.Detailed NBO analyses indicate that the ligand-anion interaction plays an important role in the stability for these two energetic complexes.Moreover,the stretching vibration frequencies of N-H bonds shift to lower wave number compared to the free CHZ ligand,which are caused by the delocalizations from N-H bond orbital to lone-pair electron antibond orbital of magnesium.     

立方相WO_3电子结构及其(001)活性表面吸附性能

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法探讨了WO3的电子结构和表面性能,进行了能带结构、态密度和有效电子质量的模拟计算,对WO3吸附12种原子后的吸附体系进行了理论分析。结果表明,WO3价带顶主要是由O的2p态电子构成,导带底主要是由W的5d态电子构成。当价带顶上的O-2p电子吸收能量后可跃迁至导带底的W的5d轨道上,同时在O-2p上产生空穴。其电子迁移率为1.35,表明其电子-空穴的分离率较高,光催化活性较强。探讨了WO3的(001)洁净表面对12种非金属原子的吸附情况,WO3吸附F原子后表面能最小。