分子动力学中势函数研究

选用合适势函数来描述系统内原子间的相互作用是进行分子动力学模拟的基础．本文概要回顾了历史上出现的各种原子间互作用势函数．对各种势模型的理论背景、具体形式、应用范围、特点进行了分析评述．     

Tersoff势函数的几种修正形式

本文介绍一种以键序概念来描述共价键原子间相互作用的势模型-Tersoff势函数,并综述了几种针对Tersoff势函数的不足所提出的修正形式,最后展望了Tersoff势函数的发展方向。     

高温下氦—氩原子间的排斥势函数与氦—氩气体的维里状态方程

本文用推广了的Heitler-London方法计算了高温下氦-氩原子间的排斥势函数以及高温下氦-氩气体的维里状态方程。得到了比前人更好的结果。本方法也可以用来计算高温下其他闭合壳层原子间的排斥势函数及高温下的维里状态方程。     

Fe-Cr-V-Ni-Si-C系多元合金的基体相稳定性及实验研究

将Finnis-Sinclair多体势扩展到多元合金,建立适合于Fe-Cr-V-Ni-Si-C系的多元合金的原子间相互作用势函数;利用其多元合金的原子间相互作用势函数,研究Fe-Cr-V-Ni-Si-C系多元合金奥氏体和马氏体基体的稳定性.研究表明,计算结果与实验结果具有对应关系;加入适量Ni,可确保高钒高铬铸铁在铸态下相变成马氏体,残余奥氏体经过高温回火完全分解进而获得高的硬度.     

金属及合金中的原子间相互作用势

对金属中原子间相互作用势的研究及发展概况做了综合评述．介绍了在各种金属及合金中各种势函数的应用范围以及存在的问题，总结了近年来金属合金中原子间相互作用势的应用情况，在此基础上讨论了金属中原子间相互作用势的发展方向．     

金属单晶体杨氏模量的微观定量研究

根据原子物理晶体模型, 采用原子间相互作用的势函数分析方法, 得到了由微观物理量表示的金属单晶体杨氏模量的解析计算式. 计算了7种金属晶体的杨氏模量, 计算结果与实际值吻合得很好.     

晶体结构常数的精确计算

晶体中原子间的相互作用势与晶体弹性、声子频率、缺陷能量及缺陷运动等密切相关.一般说来,要在晶体中寻找一个精确普遍成立的势函数是极为困难的,为此对晶体中原子间的相互作用势提出过很多近似表示的势函数,其中用得较多的是以负幂函数表示的一般势函数.此外,Born—Mayer和Mors势也常有应用.不少晶体原子间的相互作用势可以表示为     

分子动力学模拟高压下铁的相变

采用分子动力学(MD)方法,结合原子间多体势函数,模拟了bcc铁(α-Fe)在高压下向hcp铁(ε-Fe)转变的过程,并与实验数据进行了比较.系统的压强通过计算维里压强获得,并通过Berendsen方法进行调整和改变.还采用相同的原子间势模拟bcc和hcp两种不同结构的铁,对高压下铁相变的机制和相变压强进行直接的计算和模拟,以对采用的原子间势进行更严格的检验和修正.模拟计算得到超高压下(＞15 GPa)两种结构的P-V曲线图以及hcp铁的c/a值等相关结果,都与实验结果有较好的符合.而在较低压下(0～15 GPa)P-V关系中常用的铁的原子间势对bcc铁仍有很好的模拟效果,而对hcp铁则效果不是很理想.因此,铁的原子间势还有待进一步改进.     

闪锌矿结构链中的非线性表面局域模

利用数值计算研究了近邻原子质量和作用力常数均不同的一维链中的非线性表面局域模,该模型模拟闪锌矿结构晶体中〈111〉方向一列表面原子的非线性振动.在考虑近邻原子间相互作用势函数中的四次方非线性项后,在相应线性系统频带的禁带中和光学支上面发现了非线性表面局域模(S1模和S2模).在考虑近邻原子间相互作用势函数中的三次方和四次方非线性项时,非线性表面局域模中出现静态"直流"分量,表面局域模振动频率降低.结果还表明在相应线性系统频带的光学支上面和禁带中是否存在非线性表面局域模与三次方、四次方非线性项和最大的可能达到的位移有关.     

碳纳米管分子动力学模拟的经验势函数研究

针对经验键序势函数没有考虑到碳纳米管原子间长程非键作用的问题，提出了一种新的势函数表达式．该表达式结合了经验键序作用势和雷纳德-琼斯势的特点，能够计算碳原子间的短程相互作用和长程相互作用，更准确地计算出碳纳米管的原子间作用势能．使用分子动力学模拟方法，研究了单壁碳纳米管原子间的互作用势和杨氏模量．研究结果表明：碳纳米管的单位原子势能随直径的增大而减小，管间作用势能随距离的变化曲线呈U字形，杨氏模量为0．935TPa左右．模拟计算结果与实验结果和其他理论计算结果吻合得很好，说明改进的势函数模型可准确模拟碳纳米管的力学性质。     

原子间近程排斥势与电荷密度重叠积分之间关系的探索

本文对相同稀有气体原子间电荷密度的重叠积分进行了全面计算．计算结果表明该重叠积分可以用来表示稀有气体原子间的排斥势．这为进一步更准确地探索原子间排斥势提供了一种开拓性的思维方法     

Phase field simulation of interatomic potentials for double phase competition during early stage precipitation

Phase field model was employed to study the variations of interatomic potentials of Ni 3 Al (L1 2 phase) and Ni 3 V (DO 22 phase) as a function of temperature and concentration. The long-range order (LRO) parameter related interatomic potentials equations formulated by Khachaturyan were utilized to establish the inversion equations for L1 2 and DO 22 phases, with which interatomic potentials could be calculated. The interatomic potentials of Ni-Al and Ni-V exhibited approximately linear increases and decreases, individually, with enhanced Al concentration. Substituting the inverted interatomic potentials into the microscopic phase field equations led to three cases of precipitation sequence: the DO 22 phase preceded L1 2 phase precipitating at the interatomic potentials of Ni-V > Ni-Al; the vice cases; and two phases precipitated simultaneously at interatomic potentials of Ni-V and Ni-Al were equal.     

原子间吸引势范德瓦尔系数的计算

本文对原子间远程吸引势采用Ｐａｄｅ近似处理法从动态极化率来计算范德瓦尔斯系数，并进而计算吸引势，为惰性气体原子间远程势的计算提供一个有效的计算方法。     

球体-平面黏附模型分析

为确定Bradley黏附模型与Hamaker假设黏附模型之间的关系和差异,运用Hamaker假设和原子间的Lennard-Jones势能推导出了两平面间的相互作用力,通过与平面间的Lennard-Jones势能进行对比分析,得到了原子势参数与平面势参数间的关系式.根据此关系式将Bradley模型转化为由Hamaker常数描述的黏附模型,并根据Hamaker常数的定义式将Bradley模型最终转化为由原子势参数和Hamaker常数描述的黏附模型.理论分析与仿真结果表明,基于Hamaker假设的黏附模型与Bradley黏附模型完全一致,证实了原子势参数与平面势参数间关系式的正确性,为采用连续介质力学方法研究微观离散世界的黏附问题提供了理论基础.     

Nanostructures. Self-assembled domain patterns

The ordered domain patterns that form spontaneously in a wide variety of chemical and physical systems as a result of competing interatomic interactions can be used as templates for fabricating nanostructures. Here we describe a new self-assembling domain pattern on a solid surface that involves two surface structures of lead on copper. The evolution of the system agrees with theoretical predictions, enabling us to probe the interatomic force parameters that are crucial to the process.     

Ag、Cu、Au、Ni、Pd、Pt的Long-range Finis-Sinclair势构建及其二元合金形成焓的计算

构建了fcc金属Cu、Ag、Au、Ni、Pd、Pt的Long-range Finnis-Sinclair势,并利用晶格常数、体弹性模量和金属的内聚能的实验数据拟合了这几种金属的Long-range Finnis-Sinclair势参数;利用Miedema理论和所构建的原子间相互作用势计算了Cu,Ag,Au,Ni,Pd,Pt的二元合金的形成焓.对两种计算结果进行了比较,并与已有的实验结果进行了比较.结果表明,使用Long-range Finnis-Sinclair势计算合金的形成焓能够得到令人满意的结果.     

Modulated structure of solid iodine during its molecular dissociation under high pressure

The application of pressure to solid iodine forces the molecules in the crystal to approach each other until intermolecular distances become comparable to the bond length of iodine; at this point, the molecules lose their identity and are essentially dissociated. According to room-temperature X-ray diffraction studies, this process involves direct dissociation of iodine molecules at about 21 GPa, whereas spectroscopic observations have identified intermediate molecular phases at pressures ranging from 15 to 30 GPa. Here we present quasi-hydrostatic powder X-ray diffraction measurements that clearly reveal an intermediate phase during the pressure-induced dissociation of solid iodine. We find that, similar to the behaviour seen in uranium, the structure of this intermediate phase is incommensurately modulated, with the nearest interatomic distances continuously distributed over the range 2.86-3.11 A. The shortest of these interatomic distances falls between the bond length of iodine in the molecular crystal (2.75 A) and the nearest interatomic distance in the fully dissociated monatomic crystal (2.89 A), implying that the intermediate phase is a transient state during molecular dissociation. We expect that further measurements at different temperatures will help to elucidate the origin and stability of the incommensurate structure, which might lead to a better understanding of the molecular-level mechanism of the pressure-induced dissociation seen here and in the molecular crystals of hydrogen, oxygen and nitrogen.     

（Ga）12N,（Ga）12B荷电团簇的电子结构与磁性

基于第一性原理,在密度泛函理论框架下,用广义梯度近似（GGA）研究20面体（Ga）12B,（Ga）12N荷电团簇的电子结构与磁性,系统计算了束缚能BE、中心原子到表面原子的间距、最高占据轨道（HOMO）、最低未占据轨道（LUMO）及其能隙,分析了（Ga）12B,（Ga）12N荷电团簇表面到中心原子间距、束缚能和HOMO与LUMO间的能隙随掺杂原子掺杂位置、带电情况不同的变化.研究表明,具有Ih对称性结构的荷电团簇更稳定,统除Ih对称性结构（Ga）12B1＋荷电团簇有磁性外,其它均无磁性.     

（Ga）12N,（Ga）12B荷电团簇的电子结构与磁性

基于第一性原理,在密度泛函理论框架下,用广义梯度近似（GGA）研究20面体（Ga）12B,（Ga）12N荷电团簇的电子结构与磁性,系统计算了束缚能BE、中心原子到表面原子的间距、最高占据轨道（HOMO）、最低未占据轨道（LUMO）及其能隙,分析了（Ga）12B,（Ga）12N荷电团簇表面到中心原子间距、束缚能和HOMO...