六方HfB2晶体的弹性和热力学性质的第一性原理计算

【目的】研究六方二硼化铪(HfB2)晶体的弹性和热力学性质。【方法】基于密度泛函理论,运用广义梯度近似超软赝势平面波方法,对六方 HfB2晶体的结构进行了几何优化。在压强0~200GPa范围内,对六方 HfB2的弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量随压强的关系进行了第一性原理计算。在零压下,运用模守恒赝势下的有限位移理论计算了六方HfB2晶体的声子色散关系。根据准谐德拜近似,由声子态密度计算六方 HfB2的焓、熵、自由能和等容热容随温度的变化关系。【结果】当压强为0时,C11=606.70GPa,C12=100.29GPa,C13=141.72GPa,C33=480.01GPa,C44=272.40GPa,BH=272.70GPa,GH=244.09GPa,EH=564.00GPa,vH=0.115,且所有弹性常量随着外加压强的增大而增大。【结论】0~200GPa范围内晶体结构稳定,无相变发生。在零压下,由声子色散关系得到的带隙为3.36×1012Hz;焓与熵随温度升高而增大,自由能随温度增加而减小;等容热容随温度的升高而增大,逐渐趋近经典极限值。
     

六方HfB_2晶体的弹性和热力学性质的第一性原理计算

【目的】研究六方二硼化铪(HfB_2)晶体的弹性和热力学性质。【方法】基于密度泛函理论,运用广义梯度近似超软赝势平面波方法,对六方HfB_2晶体的结构进行了几何优化。在压强0~200GPa范围内,对六方HfB_2的弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量随压强的关系进行了第一性原理计算。在零压下,运用模守恒赝势下的有限位移理论计算了六方HfB_2晶体的声子色散关系。根据准谐德拜近似,由声子态密度计算六方HfB_2的焓、熵、自由能和等容热容随温度的变化关系。【结果】当压强为0时,C11=606.70GPa,C12=100.29GPa,C13=141.72GPa,C33=480.01GPa,C44=272.40GPa,BH=272.70GPa,GH=244.09GPa,EH=564.00GPa,vH=0.115,且所有弹性常量随着外加压强的增大而增大。【结论】0~200GPa范围内晶体结构稳定,无相变发生。在零压下,由声子色散关系得到的带隙为3.36×1012Hz;焓与熵随温度升高而增大,自由能随温度增加而减小;等容热容随温度的升高而增大,逐渐趋近经典极限值。     

二氮化铂高压结构相变,弹性和热力学性质的第一性原理计算（英文）

运用密度泛函理论广义梯度近似方法计算了PtN_2在莹石结构(C1),黄铁矿结构(C2),白铁矿结构(C18),CoSb_2结构,简单六角结构(SH),简单四角结构(ST)和层状结构(LS)的结构参数,弹性性质,电子结构和热力学性质.计算了平衡态晶格参数,体模量和它的一阶导数.计算得到人焓表明,最稳定的结构为C2结构,其他的为亚稳态结构.而在我们研究的压强范围内没有发生相变.C2结构的态密度表明它是一种具有1.5eV带隙的半导体.另外,我们还预测了杨氏模量,泊松比和各向异性因子.弹性常数,体模量,切变模量,横向声速和剪切声速随着压强的增大而单调增大.德拜温度,热膨胀系数和热容随压强增大而增大.     

镁铝尖晶石高压相变的理论计算

运用密度泛函(DFT)平面波赝势方法(PWP),计算了镁铝尖晶石三种物相的状态方程和热力学生成焓以及在0～50GPa高压范围内的力学性质.研究结果表明:利用状态方程得到的镁铝尖晶石转变为CF相和CT相的相变压强分别为26.79GPa和30.19GPa,与实验值误差分别为+0.79GPa和-11.81GPa;而利用热力学生成焓,在GGA近似下得到的CF相的相变压强为24.52GPa;LDA近似下CT相的相变压强为39.85GPa,与实验值误差为-1.48GPa和-2.15GPa.在对高压下镁铝尖晶石三种相结构的力学稳定性的分析发现,尖晶石相在压力超过30GPa时力学结构变得不稳定,而两个高压相在...     

压力下钒发生相变的第一性原理计算

利用投影缀加波方法对金属钒加压至400 GPa左右的结构相变过程进行了第一性原理研究. 计算了相变中的热力学转变压力和失稳转变压力, 并对相变前后的电子性质进行了研究. 结果表明: 钒在低压下为体心立方结构, 随着压力增大转变为菱方结构, 压力继续增大最后又重新转变为体心立方结构. 热力学计算得到的BCC→rhu(α>109.47°)→rhl(α<109.47°)→BCC三次转变压力分别为27,104和310 GPa. 利用剪切弹性常数C44计算得到的2次失稳压力分别为52和255 GPa. 能带计算表明, 在加压过程中高对称点Γ处靠近费米能级的能带由低压下的非电子占据态变为高压下的占据态, 而费米能级以上的电子态密度计算可见明显的s,p-d带间电子迁移现象.     

CuAlSe2在高压下结构、弹性、热学性质的第一性原理计算

本文中我们运用第一性原理平面赝势密度泛函理论,研究了四方晶体CuAlSe2的结构、弹性性质以及热力学性质。首先通过状态方程拟合找到零温零压时的平衡体积、晶格常数、体弹模量B0以及其对压强的一阶导数 。接着分析了相对晶格常数a/a0 、c/c0以及相对体积V/ V0随压强的变化趋势。我们也研究了弹性常数随压强增大的变化趋势,C11、C33、C12、C13随着压强的增大而增大,C44和C66确随着压强的增加保持一个平稳的值基本不变。计算也表明在15GPa以前CuAlSe2的弹性常数都满足力学稳定性,表明在15GPa以前都不发生相变,与实验结果相吻合。在零温零压下我们计算得到的弹性常数和体弹模量和其它理论值实验值都比较符合。然后根据准谐德拜模型,我们分析了热膨胀系数以及比热容随压强和温度的变化关系。最后我们分析了CuAlSe2晶体在零温零压和高压下的态密度图,简单了解了一下电子结构的变化情况。     

BeS弹性常数和ZB结构相变的第一原理计算

在密度泛函理论的局域密度近似下,利用CASTEP程序研究了BeS从闪锌矿结构到NiAs结构的相变.通过焓相等得到相变压强为53.3 GPa,与通过高压下弹性常数值判断的结果相符.     

二氮化铂高压结构相变，弹性和热力学性质的第一性原理计算

运用密度泛函理论广义梯度近似方法计算了PtN2在莹石结构（C1）,黄铁矿结构（C2）,白铁矿结构（C18）,CoSb2结构,简单六角结构（SH）,简单四角结构（ST）和层状结构（LS）的结构参数,弹性性质,电子结构和热力学性质。计算了平衡态晶格参数,体模量 和它的一阶导数。计算得到人焓表明,最稳定的结构为C2结构,其他的为亚稳态结构。而在我们研究的压强范围内没有发生相变。C2结构的态密度表明它是一种具有1.5eV带隙的半导体。另外,我们还预测了杨氏模量,泊松比和各向异性因子。弹性常数,体模量,切变模量,横向声速和剪切声速随着压强的增大而单调增大。德拜温度,热膨胀系数和热容随压强增大而增大。     

高压下黄铜矿CuInS2的电子结构、弹性参数、热学和电学性质的第一性研究

采用第一性原理方法,研究了高压下黄铜矿半导体CuInS2的电子结构、弹性参数、热学和电学性质.研究结果表明CuInS2是直接能隙半导体,其能隙值随着压强的增大而增大,能隙随压强变化的一阶系数值为54.31 meV/GPa;其弹性参数满足高压下的机械稳定性的条件,并且材料的韧性随着压强的增加而增强. 基于弹性参数计算了体系的德拜温度和最小热导率,德拜温度随着压强的增大而逐渐减小,而最小热导率随着压强的增加而增大. 通过对塞贝克系数和功率因子比弛豫时间的研究,发现增加压强和调节载流子的浓度可以改善CuInS2的电学性能.     

IrN的结构相变和弹性性质的第一性原理计算

采用密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,结合广义梯度近似(GGA)计算了IrN的结构相变和弹性性质,分别对IrN的岩盐(B1)、氯化铯(B2)、闪锌矿(B3)、纤锌矿(B4)、NiAs(B8)和tungsten carbide(Bh)这6种结构进行了分析,并根据理论计算得到的焓与压强的关系,发现了IrN的相序是B3→B4→B8→B2,相变压强分别发生在1.98 GPa,97.90 GPa和296.64 GPa.通过对B4结构在高压下的弹性特性进行研究,发现其弹性常数、体弹模量、剪切模量、纵波波速、剪切波速以及德拜温度均随压强的增加而单调增大,且依据B/G分析,预测了B4结构能在高压下保持一定的韧性特性.     

ZnSe高压物性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了ZnSe的三种结构岩盐结构(RS)、闪锌矿结构(ZB)及六方纤锌矿结构(WZ)的结构性质.通过等焓原理得到ZnSe从ZB结构转变为RS结构的相变压强约为15.5GPa,与实验值符合得比较好.计算出ZnSe在不同压强下ZB结构的弹性常数,通过准谐德拜模型得到不同温度下ZB结构的热膨胀系数与压强的关系等热力学性质.     

钇在高压下的弹性性质和相稳定性研究

运用密度泛函平面波赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA),对钇的3种结构相(体心立方bcc、面心立方fcc和六角密排堆积hcp)的总能和电子结构进行计算,得到了hcp结构的状态方程、价电子分布情况以及各种相在不同压力下的弹性常数和体模量,结果表明理论计算与实验值吻合得很好,比用局域密度近似(LDA)方法有了很大的改善.此外,还发现hcp相在加压到40GPa时发生相变,fcc是稳定的相.     

磷化铟从闪锌矿结构到氯化钠结构的相变

用两种方法研究了InP从闪锌矿结构到氯化钠结构的相变，第一种是基于等焓的方法，另外一种是根据柯西平衡判据.利用从头算平面波赝势密度泛函理论研究了InP在一系列高压下的电子结构和弹性常数，同时根据等焓条件发现InP从闪锌矿结构到氯化钠结构的相变压强是12.1 GPa，与根据柯西平衡判据得到的结果一致，从而说明用这两种方法来研究晶体的结构相变是可行的.     

单晶金属锆结构相变和熔化的分子动力学研究

应用分子动力学模拟了不同结构的单晶锆样品。采用Finnis-Sinclair作用势,通过分子动力学模拟方法Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator,对三种不同结构的单晶金属锆样品进行模拟计算,研究了锆在加温加压下的相变结构。研究结果显示,单晶金属锆在加压到0.2GPa时会由hcp结构(α相)转变成特殊六角结构(ω相);对hcp结构单晶金属锆逐步加温发现,当温度升至1 161K时会由hcp结构(α相)转变成bcc结构(β相),再继续加温到1 569K时,bcc结构的单晶金属锆样品开始熔化,得到的热力学熔点为1 569K与实验值基本吻合。     

高压下碳化锆的状态方程和结构相变研究

利用同步辐射X射线衍射方法,研究了金刚石对顶砧中碳化锆(ZrC)的状态方程和结构相变,通过密度泛函理论(DFT)计算了该材料的高压压缩行为.结果表明:ZrC在压强为10.3 GPa时,发生拓扑相变;在压强为13.7 GPa时,相变结束.此外,ZrC立方相的体弹模量为158.6(8.6)GPa,相变后的结构体弹模量为233.8(8.8)GPa.     

高压下BCC金属钨和钼力学性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了体心立方金属钨和钼的体积、弹性常数、弹性模量、声子色散曲线以及广义层错能在0~100GPa压强下随压强的变化关系,并讨论了高压下两种材料的力学结构稳定性以及高压对材料韧脆性和剪切形变难易程度的影响.首先,通过0~100GPa压强下的弹性常数发现,两种材料在不同压强下的弹性常数皆满足材料力学稳定性的判定条件,而且两种材料在100GPa下的声子色散曲线中并没有出现虚频,因此两种材料的结构在0~100GPa压强下都是力学稳定的.此外,通过研究不同压强下体模量与剪切模量的比值B/G发现,两种材料的韧性随压强的增加而增强,并且Mo的韧性强于W.最后,通过研究两种材料的广义层错能、沿111密排方向的剪切模量G111以及材料的各向异性比A发现,随着压强增加,广义层错能和G111逐渐增大,A整体趋于1,这说明高压会使得111密排方向的剪切形变变得困难,而且同时也削弱了材料的各向异性.     

高压下3C SiC的电子结构、弹性与热力学性质

运用密度泛函理论的超软赝势平面波方法对3C SiC晶体结构进行了几何优化,得到与实验值相符的晶格参数,在压强为0～100GPa范围内对3C SiC的电子结构与弹性进行了计算,结果表明晶体结构是稳定的,且带隙随着压强的增大而减小。然后利用准谐德拜模型研究了3C SiC在温度为0～2100K、压强为0～100GPa范围内的热力学性质,结果表明其等容热容、热膨胀系数及熵函数都随温度的升高而增大,随压强的增大而减小,而德拜温度随温度的升高而减小,随压强的增大而增大。     

PbS的压力致相转变研究（英文）

采用第一性原理计算的方法研究了α/β-PbS的压力致相转变.计算了体系的键性质、电子能带结构和波恩有效电荷张量,通过分析压力下相对焓值变化得到转变压强9.6 GPa.同时,计算了声子色散曲线和声子态密度,通过比较0和9.6 GPa下的声子色散,发现在0和50 cm-1处出现了2个软模.结果表明,这2个软模在α/β-PbS的压致相变中起了重要的作用.     

压力下HfCr2合金的电子结构和弹性性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对实验上发现的HfCr_2合金立方和六角相在0～20GPa范围内的稳定性、电子结构和弹性等进行了研究.计算结果表明,在研究的压力范围内2种结构在力学上都是稳定的,但从能量上看,立方相结构能量更低,从而六角相以亚稳态存在,这与实验结果相符.随压力增加,HfCr_2合金的体模量B、剪切模量G和杨氏模量E的值均增加,但剪切模量值始终最小,表明合金抗剪切能力较差.对合金的弹性各向异性研究发现,在研究压力范围内2结构都展示出较强的各向同性,但随压力增加,立方相各向同性增强,而六角相则减弱.对各向异性的进一步研究表明,立方相和六角相的体模量总体上呈现出较强的各向同性,而杨氏模量则呈现一定的各向异性.对HfCr_2合金泊松比和G/B值的研究表明,2个相在0 GPa下均表现出延展性,且随压力增加延展性增强.最后,研究HfCr_2合金的应力-应变关系,结果表明对于立方相结构,理想的拉伸强度和剪切强度分别发生在[1 0 0]方向和(1 1 1)■方向,而对于六角相结构,则分别发生在[0 0 0 1]方向和■方向.     

氧化镉高压物性的第一性原理计算

基于第一性原理平面波赝势密度泛函方法, 研究了CdO的高压结构相变和弹性性质. 计算结果表明, 在零温下CdO从B1 结构到B2 结构的相变压强为90.31 GPa, 这与实验值和其它的理论计算结果符合的很好. 利用准谐德拜模型, 讨论了CdO在0-150GPa范围内下的压缩波速度、平均声速度和德拜温度.