过渡金属掺杂ZnO纳米线结构、电子性质和磁性质

本文采用密度泛函理论系统地研究了过渡金属原子Co和Ni单掺杂和双掺杂ZnO纳米线的结构、电子性质和磁性质.所有掺杂纳米线的束缚能都为负值,表明掺杂过程是放热的. Co原子趋于占据纳米线中间位置,而Ni原子趋于占据纳米线表面位置.所有掺杂纳米线能隙都小于纯纳米线能隙,并显示出直接带隙半导体特性.纳米线的总磁矩主要来源于磁性原子的贡献. Co掺杂纳米线出现了铁磁和反铁磁两种耦合状态;而Ni掺杂纳米线出现了铁磁、反铁磁和顺磁三种耦合状态.     

应力导致的Fe2CrGe从反铁磁基态到铁磁半金属相变的计算研究

运用第一性原理计算研究了惠斯勒(Heusler)合金Fe₂CrGe的电子结构和磁性质,发现其基态是Fe离子处于低自旋态(S=0),而Cr离子处于高自旋态(S=1)的反铁磁金属相,反铁磁态能量比铁磁态能量约低0.103 eV.此外还发现,如果施加+1.7%和–1.7%的应变, Fe₂CrGe会从反铁磁有序变成铁磁有序,并出现半金属特性;当应变达到±5%时,出现了大约0.2 eV的半金属能隙.通过平均场理论估算了Fe₂CrGe的居里(Curie)温度,发现其对应的居里温度为393 K,远高于室温.这表明Fe₂CrGe是有潜力的自旋电子材料.     

W原子薄片磁性的第一原理计算

应用基于密度泛函理论的第一原理方法,对单原子层的W原子薄片的磁性进行了计算.结果表明:稳定的W原子单层没有磁性,但是在晶格被拉伸的情况下会出现磁性.晶格被拉伸时,反铁磁结构比铁磁结构更早出现磁性,正方结构比斜方结构更快出现磁性.不管是铁磁,反铁磁的平面结构,平面近六角结构最为稳定;反铁磁结构比铁磁结构更加稳定.     

半羟化的碳化硅片的第一性原理研究

通过密度泛函理论,研究了碳化硅片被羟化时的电磁特性.所研究的碳化硅片为六角蜂窝状结构,碳硅原子之比为1∶1,相间排列.由于碳化硅片中含碳、硅两种元素;为此,分别考虑了全部的碳原子以及全部的硅原子分别被羟化的情形,结果发现了丰富的电磁特性.由于羟基对羟化原子的吸引作用,碳硅原子出现分层,对应于碳、硅原子被羟化时的碳硅层间距分别为0.671、0.390,碳硅键长度也分别伸长为1.904、1.861,而对应的键角C-O-H与Si-O-H分别为107.8°、114.1°,表现了新奇的几何结构特点.由形成能计算发现羟化是放热的,说明此过程易实现.为寻找到最稳定的磁状态,分别考察了铁磁、反铁磁以及非磁三种构型,结果发现,当所有碳原子被羟化时,材料为非磁性的正常金属;而当其中所有的硅原子被羟化时,是直接带隙为1.12 eV的反铁磁半导体.其中,硅被羟化时的结构更稳定.这些说明通过调节碳化硅片中羟化的不同位置,可以有效地调节碳化硅片的电磁特性,预示着在未来的纳米功能材料中可能的应用.     

基于第一性原理的钙钛矿BaFe_(0.5)Nb_(0.5)O_3B位的有序结构

基于第一性原理,利用Materials Studio计算软件中CASTEP软件包构建出双钙钛矿材料BaFe_(0.5)Nb_(0.5)O_3的4种位形,研究B位有序无序对其结构和物理性能的影响.通过GGA+PBE关联函数对4种位形结构分别进行几何优化和能量优化,根据能量最低原理,获得最终优化后的几何结构与各项物理性能.计算结果表明:反铁磁的能量最低且为半导体,为最优的几何结构,并且通过紫外可见吸收实验证明了带隙的存在;铁磁结构与反铁磁结构自旋存在夹角,属于半金属;在费米能级附近,d电子与p电子的相互作用明显,对态密度的贡献最大;在低频率范围内,反铁磁结构Ba-AFM出现吸收峰最早,但吸收峰强度最低.     

缺陷对二维碳化硅结构的影响

研究了单空位和双空位缺陷对碳化硅结构的影响.缺陷的存在明显地改变了碳化硅结构的带隙,C原子单空位缺陷转变为直接带隙半导体,带隙甚至减少到0.01 e V.通过对体系磁性的计算,我们发现Si原子的单空位缺陷和双空位缺陷均为体系带来了磁性,磁性的产生主要是由于Si原子缺陷的存在使得缺陷周围的C原子在缺陷处产生了未成对电子,从而体系产生了磁性.     

分子基磁体Mn［N(CN)2］2电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理全电子势线性缀加平面波方法（FP-LAPW）,对Mn［N(CN)2］2的电子结构进行了理论研究,结果表明Mn［N(CN)2］2具有稳定的铁磁基态,是一种直接带隙的磁性半导体材料,带隙宽度为0.85 eV,分子中Mn的3d轨道对整个分子态密度的贡献最大,分子磁矩主要来源于Mn离子.     

掺杂对一维反铁磁海森堡自旋链性质的影响

应用三子格的自旋波理论和格林函数方法研究了由掺杂形成的准一维自旋1/2的反铁磁海森堡系统,得到系统存在3支自旋波激发谱,其中1支没有能隙,2支有能隙;在长波近似下,这3支自旋波激发谱与波矢k成平方关系,系统的低温比热为C∝T1/2关系,其基态具有磁性长程序,这都不同于未掺杂的一维自旋1/2的反铁磁海森堡链模型系统.对系统磁性序的研究表明,T=0是相变点,Mermin-Wagner定理对于该系统成立.     

零温Hohenberg-Mermin-Wagner定理和Goldstone 定理的等效性

应用零温情形下的Bogoliubov不等式,研究了一维和二维Hubbard模型基态中电子配对和磁性(铁磁和反铁磁)长程序的可能性．发现如果在一维和二维Hubbard模型的自旋(电荷)激发谱中存在能隙,则该系统在基态中不可能呈现出磁性(或电子配对)的长程序,并由此从低维Hub—bard模型说明了零温Hohenberg—Mermin—Wagner定理与Goldstone定理是等效的．     

双碳链体系中自旋过滤效应的第一性原理研究

采用第一性原理密度泛函理论方法研究了平行放置的双碳原子链体系中的自旋输运情况.将双碳原子链置于12个宽度锯齿型石墨烯纳米带组成的双电极中,研究发现:双碳原子链体系中的自旋过滤效果优于单条碳原子链体系中的自旋过滤效果; 更重要的是,在单条碳原子链体系中,当左右电极磁性反平行时,没有自旋过滤效果,双碳链结构彻底改变了单碳链体系中这种情况,即在双碳链体系中,不管2个电极的磁性是平行结构还是反平行结构,自旋过滤效果都近100%,是非常好的自旋过滤电子器件.     

氟化度及单轴应力对氟化石墨烯结构稳定性和能带的影响

采用基于密度泛函数理论的第一性原理,通过计算研究了四种(Chair、Zigzag、Boat、Armchair)双面全氟化石墨烯(N_C∶N_F=1∶1)构型,发现Chair型氟化后的石墨烯构型最稳定。在此基础上,系统研究了以Chair形式氟化时不同氟化度和单轴应力对氟化石墨烯结构稳定性与能带的影响.计算结果表明:氟化度越高氟化石墨烯结构越稳定,且双面氟化石墨烯较单面氟化更稳定。对构造的全氟化石墨烯体系沿X方向施加压(拉)应变时,石墨烯体系的起伏高度随单轴应变的增加而减小,导带底和价带顶均发生微小移动、带隙逐渐减小,带隙在轴向压应力作用下减小得更快.     

单层石墨莫比乌斯纳米带的形成判据和能量变化

莫比乌斯带是一种无向的几何面,从带面上任何一点出发都可到达带面上任何一点.可以通过对一个二维矩形带的扭转对接得到莫比乌斯带.单层石墨纳米材料Graphene的发现为研究莫比乌斯带提供了一个真实的物理模型.然而与纯粹几何面不同,在Graphene莫比乌斯带结构中碳原子分布是离散的,由于平面Graphene的平衡键长约为1.42,在形成莫比乌斯带后键长将发生一定变化,这就使得并非对于任意数目的碳原子Graphene平面都会形成相应的莫比乌斯带结构.这里有两个基本问题需要回答：（ⅰ）平面Graphene形成莫比乌斯带需要满足什么条件.（ⅱ）当平面Graphene形成莫比乌斯带之后,由于键长键角的变化引起的能量变化是怎样的.本文第一次系统地研究了这一体系.根据Lindemann判据,我们发现当平面Graphene的横纵单元数之比小于7时,不存在满足我们假设的莫比乌斯带,当Graphene的横纵单元数之比大于50时,存在满足我们假设的莫比乌斯带.当Graphene的横纵单元数之比处于7～50之间时,我们给出了判别莫比乌斯带存在性的计算方法.应用遗传算法我们发现,随着原子数的增加,由平面Graphene变化到莫比乌斯带所产生的弹性形变能是呈指数递减的.     

Cu掺杂AlN的铁磁稳定性的第一性原理计算

文章采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法,结合广义梯度近似计算了Cu掺杂AlN的晶格常数、能带结构、电子态密度、铁磁态和反铁磁态的总能量,并通过平均场近似的海森堡模型估算了居里温度Tc。结果表明,Cu掺杂体系的能带结构呈现半金属性,半金属能隙为0.442eV。铁磁性是Cu原子的3d态与其最近邻的N原子的2p态通过p-d杂化作用而稳定的。当两个Cu原子相距最远且自旋平行排列时,体系具有最低的能量,估算出此时的居里温度高于室温,因此Cu掺杂AlN有望作为稀磁半导体材料。     

弯曲对扶手椅型石墨烯纳米带电子性质的影响

石墨烯纳米带并不是一个完全平整的结构,而是一个准平面结构．为了研究非平整对石墨烯纳米带电子结构的影响,利用紧束缚方法和轨道杂化理论,研究了弯曲对扶手椅型石墨烯纳米带电子结构的影响．计算结果表明：扶手椅型石墨烯纳米带电子性质与弯曲的程度有关,且在高能部分影响较大;当纳米带的宽度一定时,随着弯曲程度的增加,能带的带隙随之增加．     

超导体二硼化镁电子结构和掺杂研究

利用基于密度泛函理论(DFT)的线性缀加平面波方法(LAPW)对多频带双能隙超导体二硼化镁进行电子结构研究,研究了二硼化镁的电子能带图、态密度(DOS)和电荷密度.对二硼化镁进行电子掺杂和空穴掺杂,分别用铝原子代替镁原子,碳原子代替硼原子,对其能带和电荷密度的改变进行探讨.     

Local electronic structure and magnetic properties of （Ga,Cr）N

Modern electronic devices utilize the charge degree of freedom of electrons to process information in semiconductors and the spin degree of freedom to store information in magnetic materials. For example, inte- grated circuits and high–frequency devices …     

磷掺杂半导体单壁碳纳米管电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了掺磷(P)单壁碳纳米管(SWCNT)的电子结构性质.结果表明,引入掺杂原子可显著改变SWCNT费米能级附近的能带结构,掺杂SWCNT的电子态密度(DOS)向低能端移动,其最高分子占据轨道(HOMO)与最低分子非占据轨道(LUMO)间的能隙减小,掺杂的磷原子比碳原子多出的电子更容易从价带向导带跃迁.     

The roles of π electrons in the electronic structures and optical properties of graphyne

The electronic structures and optical properties of graphyne consisting of sp-and sp 2-hybridized carbon atoms are studied using first-principles calculations.A tight-binding model of the 2p z orbitals are proposed to describe the electronic bands near the Fermi level.The results show that the natural band gap of graphyne originates from the inhomogeneous bindings between differently-hybridized carbon atoms.The interlayer interactions of bulk graphyne narrow the band gap to 0.16 eV and result in redshift of the optical spectral peaks as compared to single-layered graphyne.     

配合物｛[Zn（HFlu）2（CHO2）]·NO3｝n的合成、表征及其晶体结构

用水热合成法以硝酸锌、氟康唑（HFlu）、甲酸为原料合成了一种新颖的配合物,利用单晶X射线、元素分析、等对配合物进行了表征.单晶X射线衍射分析的结果表明：标题化合物属于三斜晶系,空间群为P-1,晶胞参数为a=10.503（10）,b=11.745（11）,c=14.122（13）,α=90.808（11）,β=105.841（11）,γ=101.996（11）.锌采用六配位的模式,且位于变形的八面体中心,每个锌原子分别与4个各异氟康唑上的三氮唑[Zn-N=2,156（2）]的4-号氮原子以及两个甲酸根[Zn-O=2.086（2）或者是2.137（5）]进行配位.