关于Ga的非晶态结构转变过程的模拟研究

关于由液态淬火制备的非晶态金属和合金结构转变微观过程的研究,一直是材料科学家十分关注的问题。但是,由于当前实验技术条件的限制,对于这样一种急冷过程,是很难用仪器进行精确测定的。然而,新近发展起来的分子动力学计算机模拟研究,对此却是一种非常有用的工具。本文以纯Ga为例,用500个Ga原子模拟其由熔态→过冷液态→非晶态的转变过程,观察其原子结构组态的变化,发现其微观结构有二个显著的特点:(1)与通常的液态及非晶态金属相反,随着温度的下降,与二十面体结构相关联的1551键数目愈来愈少,最后只有约百分之一了。(2)与此同时,与面心立方、六角密集结构相关联的1421,1422和1431键数目     

液态纯锑电阻率随温度的反常变化

利用直流四电极法精确测量了不同温度时液态锑（Sb)的电阻率。实验发现液态Sb的电阻率随温度升高存在有别于一般简单液态金属的反常变化。结合已报道的部分温度点的结构因子，利用液态金属电阻率Ziman理论讨论了实验现象，结果认为部分有序结构的存在是导致在熔化时发生半金属－金属转变的Sb在液态具有反常物理性质的原因，并分析了熔体结构转变的历程。     

冰纳米晶体热力学参量的尺度和维度效应

虽然冰的熔化是最常见的相变过程,但是对于(预)熔化和准液态表面层仍然存在许多争议,而且关于冰纳米晶体热力学参量与其尺度和维度之间关系的研究也很少.本文拓展建立了可描述氢键结合的冰纳米晶体熔化温度、预熔化温度和熔化焓的尺度和维度效应的理论模型.根据模型,上述热力学参量都随着尺度和维度的增加而增加,同时还发现预熔化温度和熔化温度具有几乎相同的尺度效应.模型对冰纳米粒子和纳米线的上述热力学参量尺度和维度效应的预测与相应的分子动力学模拟和实验结果相吻合,从而可以从理论上确定准液态层厚度.研究表明,准液态层厚度并不是恒定不变而是随着尺度的增加而缓慢增大,这也就是不同的研究报道中会出现不同准液态层厚度的原因.     

液态GaAs快速结晶过程中的微观结构演变

采用分子动力学方法对液态Ga As在1×10~(10) K/s冷速下的快速结晶过程进行模拟,并采用双体分布函数、原子平均能量、键角分布函数、二面角分布函数和可视化等方法对凝固过程的微观结构变化进行分析.结果表明:凝固过程中,Ga As的结晶温度T_c为1460 K,当温度高于T_c时,体系处于液态无规网络结构;当温度低于T_c时,Ga和As原子迅速形核结晶,形成闪锌矿为主的多晶结构,并在晶界处形成共晶格孪晶结构,其中晶界处形成一层纤锌矿结构.在温度低于520 K时,As原子偏聚形成简单立方结构As_8.     

O_2-水溶液的分子动力学模拟

小的非极性分子在水溶液中的行为对非极性分子水溶液化学性质的研究十分重要,它们在涉及到蛋白质,胶束,及膜等复杂体系的疏水效应的研究中可作为简单而又方便的模型.N_2水溶液的Monte Carlo模拟和He,Ne,Xe等水溶液的分子动力学(MD)模拟研究都表明,小的非极性溶质对液态水有结构促进(Structure promoting)作用.另一方面,对柔性的水分子进行的液态水分子动力学模拟表明,周围环境对水分子本身结构有很大影响,这种影响反映了环境的作用.对非极性小分子水溶液的进一步研究应该在考虑溶质对液态结     

结构Ⅰ型氙水合物的分子动力学研究

采用分子动力学模拟研究了包含368个水分子内部有22个氙气分子的晶胞构成的氙水合物系统．模拟中水分子和水分子之间采用TIP4P势，氙-氙分子之间及水-氙分子之间采用Lennard—Jones势．得到在势能曲线上75．0-100K的范围内有一个平台和局部极小的特征．通过分析异常热容、声子态密度和径向分布函数，预测在该温度范围内存在一个二阶玻璃化相变．     

液体的脆性——一把深入了解玻璃态物质的钥匙

“液体的脆性”概念的提出不到20年的时间, 已成为玻璃态物质研究中的一个热点. 它利用玻璃转变温度约化温度轴的办法, 使具有不同动力学性质的玻璃形成体可以用一个统一的标准进行比较. 为阐明液体的脆性在研究玻璃转变过程、结构弛豫现象及过冷态结构中的重要意义, 综合评述了液体的脆性在凝聚态物质热力学和动力学性质相关性、势能图谱、非指数弛豫过程、微观理论模型以及中程有序等研究领域中的最新进展和面临的挑战, 并指出了该研究领域今后的发展方向.     

玻璃态物质的本质

玻璃自古以来便被不断使用,当今仍然是人类生活中无处不在、不可或缺的最有价值材料之一.然而,由于玻璃态物质是一种与固体、液体不同的介稳态物质,处于复杂的多体相互作用体系,玻璃态物质的本质一直是凝聚态物理中最富挑战的谜题之一.Science在创刊125周年之际将"玻璃态物质的本质是什么"这一问题列为125个最具挑战性的科学前沿问题之一.本文综述了玻璃态转变过程中的热力学和动力学变化规律、玻璃态形成的物理机制和理论预测、玻璃态的结构假说等玻璃态物质研究的焦点和难点,讨论了当前的研究进展并展望未来的研究方向,以期增加人们对玻璃态物质本质的新认识,为玻璃态物质的后续研究提供借鉴.     

结构I型氙水合物的分子动力学研究

采用分子动力学模拟研究了包含368个水分子内部有22个氙气分子的晶胞构成的氙水合物系统. 模拟中水分子和水分子之间采用TIP4P势, 氙-氙分子之间及水-氙分子之间采用Lennard-Jones势. 得到在势能曲线上75.0~100 K的范围内有一个平台和局部极小的特征. 通过分析异常热容、声子态密度和径向分布函数, 预测在该温度范围内存在一个二阶玻璃化相变.     

非晶硫熔化过程中的链环转变

熔化通常表现为吸热和体积膨胀,对放热或体积收缩的反常熔化现象的研究在凝聚态物理中具有重要的科学意义.本文研究了非晶硫反常放热熔化的机理,进行了加热过程中特别是放热熔化前后非晶硫的拉曼光谱分析,表明熔化前的非晶硫中含有大量聚合链结构的团簇,熔化后的液态硫则主要为S8环团簇结构,非晶硫放热熔化过程中应该伴随着链环转变.分子动力学模拟的结果表明链环转变过程是放热的.文中提出非晶硫的反常放热熔化过程是链环转变和熔化过程的耦合,还进一步讨论了非晶硫反常熔化过程中的链环转变与非晶硫晶化过程中链环转变的不同.     

非晶态金属形成过程中微观结构转变特性的模拟研究

众所周知,由液态急冷而成的非晶态金属具有许多优良的宏观性能,主要是由其特殊的微观结构组态决定的.因而对其非晶形成过程进行跟踪研究,以弄清其微观结构组态的变化特性,对于深入理解其结构与性能的关系,将具有重要的理论和实践意义.然而,在目前的实验条件下,要实现跟踪研究是难以完成的.随着计算机技术的飞速发展,已有可能将分子动力学方法运用于对液态金属的微观结构组态的瞬变过程进行物理图象十分清晰的模拟研究,并已取得了许多重要的研究成果.     

银型斜发沸石热稳定性研究

银型斜发沸石经加热处理后,其晶体结构、物理化学性质发生了很大的变化。随着热处理温度的升高,沸石由结晶态转变为玻璃态时,中间须经历一个过渡状态——沸石质准玻璃态。沸石质准玻璃具有和结晶态沸石不完全相同的物理化学性质。本文就银型斜发沸石经加热处理后,晶体结构及某些物理化学性质的变化作初步探讨。     

La1-xTexMnO3(x=0.04,0.1)的庞磁电阻效应及自旋玻璃态特性

制备出用氧族非金属元素Te替换部分镧所生成的锰氧化物新材料:La1-xTexMnO3(x=0.04,0.1).研究表明该材料具有空间群R-3C结构,Te为正四价态.电阻率-温度关系给出其存在金属-半导体转变特性,具有庞磁电阻效应(CMR),x=0.1成分的磁电阻变化率在4 T作用下为51％.此外,还观察到该材料在低温下的自旋玻璃态行为.     

纳米Fe-In2O3颗粒膜的磁性和巨磁电阻效应

采用射频溅射法制备了纳米“铁磁金属-半导体基体”Fe-In2O3颗粒膜，研究了Fex(In2O3)1-x颗粒膜样品的磁性和巨磁电阻效应，实验结果表明；当Fe体积百分比为35%时，颗粒膜样品的室温磁电阻变化率△ρ/ρ0数值达到4.5%,Fe0.35(In2O3)0.65颗粒膜样品的磁电阻变化率△ρ/ρ随温度（T=1.5-300K)的变化关系表达；当温度低于10K时，△ρ/ρ0数值随温度的下降而迅速增大，在温度T=2K时△ρ/ρ0达到85%，通过研究颗粒膜低场磁化率X（T）温度关系和不同温度下的磁滞回线，证实当温度降低到临界温度Tp=10K时，颗粒膜中结构变化导致磁化状态发生“铁磁态-类自旋玻璃态”转变，Fe0.35(In2O3)0.65颗粒膜样品的磁电阻变化率△ρ/ρ0在温度低于10K时的迅速增大，可能是由于纳米“铁磁金属-半导体基体”Fe0.35(In2O3)0.65颗粒膜样品处于“类自旋玻璃态”时存在特殊的导电机制所造成的。     

C_(60)固体结构的变温X射线衍射测量

C_(60)由于其奇特的结构和众多奇特的物理化学性质,吸引了人们的极大注意.在C_(60)固体的结构研究过程中,发现了250 K处的一阶相变和90K处的“玻璃态”转变,并对这两个温度处的结构变化作了比较多的研究.但对C_(60)固体在室温以上结构的研究却较少.我们先前的C_(60)单晶的电阻测量,发现了425K处的电阻反常,这说明在室温以上,随着温度的变化,C_(60)固体的结构也许会有所变化,对这些变化的了解,有助于对C_(60)固体结构的进一步了解.本文报道了C_(60)固体室温以上结构的变温X射线测量和C_(60)单晶的电阻测量,实验观测到了C_(60)固体结构变化在450K处的反常.     

液态Ni70.2Si29.8合金的表面张力和比热研究

采用悬浮液滴振荡法和落滴式量热计研究了深过冷液态Ni_70.2Si_29.8共晶合金的表面张力和比热. 实验发现, 在182 K (0.12 T_E)过冷度范围内, 表面张力与温度之间存在线性函数关系, 共晶温度1488 K处的表面张力是1.693 N·m^−1, 温度系数为−4.23×10^−4 N·m^−1·K^−1. 在实验获得的253 K (0.17T_E)最大过冷度范围内, 液态Ni_70.2Si_29.8合金的比热与温度之间呈现多项式函数关系. 对液态Ni_70.2Si_29.8合金的密度、过剩体积和声速与温度的函数关系进行了理论预测.     

处理温度对聚合物蛋白石基光子

研究了聚苯乙烯微球自组装形成的蛋白石结构光子晶体在不同温度处理后的微观形貌与反射光谱。实验结果发现随着处理温度的升高，蛋白石结构中的聚苯乙烯微球向正十二面体转变，反射光谱峰值向着短波长方向移动，实测结果证明了填充率和有效折射率对禁带位置的影响，并与理论模拟结果相符。     

大激活熵是触发非晶合金记忆效应的关键

非晶/玻璃等非平衡态材料在能量驱动下会逐渐“老化”（ageing），体积和能量状态逐渐降低，这是非平衡态材料的本征特征之一。不同于“老化”的自然演化规律，记忆效应是指非晶合金经历先低温再高温两步退火时，焓或体积会先增加而后降低至平衡态。如果材料或体系达到热平衡态，初态和历史的记忆将被彻底遗忘。半个世纪以来，人们对记忆效应的理解局限于诸如Tool-Narayanaswamy-Moynihan（TNM）模型等唯象层面，对其物理起源仍不清楚。通过研究非晶合金在单步和两步退火中的弛豫规律，发现非晶合金中存在从β弛豫向α弛豫的等温转变现象，并进一步发现大激活熵是触发记忆效应的关键。这些结果对理解玻璃等非平衡态材料的物理本质和精准调控其性能具有重要意义。     

量子化学从头计算法研究C120的分子静电势

原子数目较大的碳原子簇的结构出现多样性,除了球形笼状的Fullerene外,还可能存在空心圆环、空心圆筒和卷曲包绕形等新的结构形式.最近Greer等以Stillinger-Weber势分子动力学模拟结果为基础,进行双ζ基从头计算结构优化,发现     

液晶分子排列工程

液晶研究的历史悠久。远在1888年,奥地利植物学家莱尼茨尔(F.Reinitzer)在合成胆甾醇脂的时候,发现此类有机化合物在固态向液态转化的过程中,存在着混浊状的中间态。翌年,德国物理学家莱曼(O.Lehmann)发现,这个中间态液体具有和晶体相似的性质,故称为液态晶体,简称液晶。