正交FeH5结构、力学和电子性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)对在300 GPa下正交Cmca-FeH5晶体的结构、力学及结构电子特性进行理论研究.获得了Cmca-FeH5的晶格常数和键长,计算结果与之前的理论数据相符合;计算分析了其能带结构和电子态密度,表明压强为300 GPa时Cmca-FeH5呈弱金属性;采用能量-应变(E-S)和应力-应变(S-S...     

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.     

金属元素掺杂α-Fe(N)体系的电子结构及力学性能的第一性原理计算

基于第一性原理研究 M(M =Ti,V,Cr,Mn,Co和Ni)掺杂α-Fe(N)的结合能、电子结构及力学性能。计算结果表明,Ti和V优先占据晶胞的顶角位置,Cr和Mn优先占据晶胞的体心位置,Co和Ni与N不相邻时结构最稳定。Ti与V的掺杂加强了晶胞的稳定性,Cr, Mn与Ni的掺杂削弱了晶胞的稳定性,Co的掺杂不影响晶胞的稳定性。这些过渡金属在α-Fe晶胞中均存在金属键和离子键的共同作用,成键轨道主要来自 M 3d, Fe4s3p3d与N2p。与纯α-Fe体系相比,掺杂体系刚性均变强,经计算可得α-Fe(N)-V体系的弹性模量 E 、剪切模量 G 和体积模量 B 均为最大值,即掺杂V可显著提高材料的力学性能,V是最有效的固氮元素,与高氮钢冶炼的实验结果相吻合。     

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.     

Ga掺杂前后LaCoO_3的电子结构研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,结合局域自旋密度近似和Hubbard U修正,对不同Co离子自旋态下及Ga掺杂LaCoO_3的超晶胞体系进行了几何结构优化,计算并分析了它们的电子结构。结果表明,当Co离子处于低自旋态时,LaCoO_3为非磁绝缘性的绝缘体;当Co离子被激发到中间自旋态时,由于强烈的p-d轨道杂化作用,LaCoO_3转变成一个有磁性的半金属体;当Co离子处于高自旋态时,体系呈现金属铁磁性,磁矩由中间自旋态的0.91μB增大到高自旋态的2.2μB。Ga掺杂后,体系的Co3d态电子和Ga4p态电子以及O2p态电子在费米能级附近发生p-d轨道杂化,引入杂质带,形成受主能级,使体系的导电能力增强,体系呈现半金属铁磁性,其净磁矩为4.01μB。     

β-Ga2O3及Cr掺杂β—Ga2O3电子结构的第一性原理计算

运用第一性原理密度泛函理论（DFT）计算了不同交换关联势下单斜晶系β-Ga2O3的总能量、晶格常数、总态密度、分波态密度及能带结构。理论计算结果表明：单斜晶系β-Ga2O3在局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）下的晶格常数和带隙与实验值基本相符，其中LDA近似得到的晶格常数与实验值更接近；β-Ga2O3比六方晶系结构的α-Ga2O3更加稳定，但带隙比α—Ga2O3略小；Cr掺杂导致β-Ga2O3禁带宽度变小，费米能级处的态密度不为零，即变为半金属。     

Cu/Mg掺杂AlN的电子结构和光吸收研究

采用平面波超软赝势和广义梯度近似的第一性原理计算方法,对本征Al N和掺杂体系Al N∶Cu,Al N∶Mg,Al N∶Cu-Mg的超晶胞进行了几何优化,计算了它们的电子结构、能带、态密度、磁矩及光学性质等。结果表明,Al N∶Cu,Al N∶Mg均表现为100%自旋注入,材料均具有半金属性质,其中Cu掺杂体系的半金属性更稳定;Al N∶Cu-Mg共掺体系在能隙深处产生杂质带,具有金属性,改善了材料的高阻抗现象。研究发现Cu掺杂体系的磁矩最大,Cu-Mg共掺体系较Mg单掺的净磁矩有所减少。进一步分析光学性质发现,杂质离子的引入使得低能区的介电函数和复折射率函数出现明显的峰值,其中共掺体系的峰值最大,明显增强了体系对低频电磁波的吸收。     

Ta2N3电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函第一性原理的GGA方法计算研究了Ta2N3的能带结构、态密度、分态密度和光学性质.计算结果表明,Ta2N3具有明显的金属能带结构特征,且在费米能级附近,Ta的5d态与N的2p态杂化,Ta-N以共价键相互作用.Ta2N3的静态介电常数为77.428,静态的折射率n0为8.88,而介电函数的虚部随能量的增加而减小.Ta2N3多晶体的反射系数在0～1.65eV区域随能量的增加而逐渐减小,在1.65eV附近达极小值,此后随能量的增加而增大,但在15eV时发生陡降.Ta2N3多晶体的吸收系数数量级达105 cm-1,且在高能区对光子的吸收较少,其电子能量损失谱(EELS)的共振峰在15eV处,与此能量时反射系数的陡降相对应.     

压力对PbTiO3结构和热物性质影响的第一性原理研究

PbTiO₃是一种重要的铁电功能材料, 但压力对其结构、稳定性、力学和热力学性能的影响尚不明确, 从而限制了其在电子通讯领域的应用。本研究采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 研究了压力下四方铁电相钛酸铅(TP-PTO)、立方顺电相钛酸铅(CP-PTO)、四方前驱体相钛酸铅(PP-PTO)结构和热物性质。研究发现, 三种结构可压缩性由大到小依次为PP-PTO>TP-PTO>CP-PTO。能带结构和态密度均表明PTO在研究的压力范围内未发生相变。PTO带隙随着压力增大逐渐降低, TP-PTO在20 GPa由间接带隙半导体转变为直接带隙半导体, 其余两相在压力下恒为直接带隙半导体。PTO在0~30 Gpa范围力学稳定, 且具有各向异性, 其综合力学性能随着压力的增加而增强, 各向异性则是先降低后升高。通过准谐德拜近似理论研究了温度和压力对PTO德拜温度、熵、热容的影响, 结果表明德拜温度随着温度上升而下降, 随着压力增大而上升, 反映出共价键强度依次为CP-PTO>TP-PTO> PP-PTO。熵和热容随着温度上升而上升, 随着压力的增大而下降。     

稀土La掺杂Mg2Si的几何结构、弹性性能和电子结构的第一性原理研究EI北大核心CSCD

采用密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势方法对稀土元素镧(La)掺杂Mg2Si的几何结构、弹性性能和电子结构进行计算与分析。首先,结合形成焓、Born力学稳定性以及差分电荷密度的结果可知,掺杂稀土元素La之后,形成的Mg8Si4La和Mg8Si3La均不能稳定存在,La掺杂的Mg2Si优先占据体系Mg原子的位置;其次,晶体的体模量(B),剪切模量(G),杨氏模量(E),泊松比(ν),以及各向异性系数(A)的计算结果表明本征Mg2Si为脆性相,而Mg7Si4La为韧性相,掺杂La可以提高Mg2Si的延展性;最后,态密度、Mulliken布居数和电荷差分密度的计算结果表明掺杂稀土镧后费米面向高能级区域偏离,进入导带,提高了Mg2Si的导电性。     

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。     

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.     

N掺杂位置对四方相PbTiO_3电子结构和光学性能的影响

用第一性原理计算了N掺杂四方相钛酸铅的结构参数、形成焓、电子结构和光吸收,研究了N掺杂位置对钛酸铅性能的影响。N掺杂钛酸铅是典型的p型半导体,杂质能级主要由N 2p态贡献。N替位O(1)位置与N替位O(2)位置钛酸铅的形成焓差值很小。N替位O(1)位置钛酸铅在价带顶出现两条交互的杂质能级,N替位O(2)位置的钛酸铅在价带顶出现两条分离的杂质能级。N替位O(1)位置的钛酸铅的相对空穴数是1.729,N替位O(2)位置的钛酸铅相对空穴数为1.327。与N替位O(1)位置钛酸铅相比,N替位O(2)位置钛酸铅在300nm到1400nm区域光吸收强度明显增强。     

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。     

K掺杂立方相Ca2Si电子结构及光学性能的研究

基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,采用广义梯度近似（GGA）对掺K的立方相Ca2Si的电子结构和光学性能,包括能带结构、态密度、介电函数、折射率、反射率、吸收系数、光电导率及能量损失函数进行理论计算,结果表明,掺K后立方相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0.6230eV,光学带隙变宽,价带主要是Si的3p、Ca的4s、3d以及K的3p、4s态的贡献;静态介电函数ε1（0）=14.4;折射率n0=3.8;吸收系数最大峰值为3.47×105cm-1。通过掺杂调制材料电子结构和光电性能,为Ca2Si材料光电性能的开发与应用提供了理论依据。     

Spectral Analysis of Pulsations in Flow Velocity Measured by an Acoustic Anemometer

The velocities of a gas-air flow measured by an acoustic anemometer, understood as a random process, are investigated. Such random components of the anemometer error as the measurement error and turbulent pulsations of the air flow are considered and their spectral composition is investigated. An experimentally obtained transient response of the acoustic anemometer along with a theoretical expression of the response in an approximation of the unit-step function by an inertial unit are presented.     

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。