RE2Ti3Si4(RE=Gd,Tb,Dy,Ho和Er)物理性质的第一性原理研究

【目的】对RE2Ti3Si4(RE=Gd,Tb,Dy,Ho和Er)的物理性能进行研究。【方法】利用基于密度泛函的第一性原理方法对RE2Ti3Si4(RE=Gd,Tb,Dy,Ho和Er)的结构性质、电子结构、力学以及热力学性质进行计算。对RE2Ti3Si4单晶的弹性常数,多晶的体积模量、剪切模量和杨氏模量都进行了计算。利用准谐的德拜模型计算获得了体积模量、比热熔和热膨胀系数随着温度和压强的变化,并进行了相关的讨论。【结果】RE2Ti3Si4的晶格常数计算值和实验值吻合较好。【结论】形成焓的计算值随着稀土元素原子序数的增加而呈现微小的下降趋势,这表明化合物的稳定性随着原子序数的增加而加强。电子态密度显示在费米能级之下,Ti-3d和RE-5d的态密度有着很强的杂化现象。     

Pu2O3晶体结构、弹性和电子性质的 密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论的全势能线性缀加平面波方法(FLAPW),在局域自旋密度近似(LSDA:local spin density approximation)和广义梯度近似(GGA:generalized gradient approximation)及LSDA/GGA+U下,系统研究了强关联5f电子体系Pu_2O_3的晶体结构,弹性参数,电子态密度和电荷密度.优化计算结果表明,LSDA+U的晶格参数a0和c/a与实验值吻合最好,同时也在不同的近似下计算了Pu_2O_3的弹性参数.与此同时,LSDA/GGA+U计算的态密度在费米能级处分别出现约1.8和2.2eV能隙,而LSDA/GGA的计算结果在费米能级处并无能隙,所以对Pu_2O_3的Pu-5f加U能使体系从导体转变为绝缘体,这与实验测定Pu_2O_3是绝缘性很好吻合.此外,电荷密度计算结果表明,与LSDA相比,LSDA+U计算的Pu-O间电荷密度增加且有明显的成键特征.     

LiFePO4掺杂Mg前后导电性能的理论研究

由广义梯度近似的密度泛函理论,计算了LiFePO4在Mg掺杂前后的电子结构.结果表明,Fe-O键是较弱的共价键;而P-O键的键级大,键长短,形成的是很强的共价键.掺杂Mg后,键中的共价成分有些减弱.在总态密度中费米能级附近的价带和导带,主要来自于Fe的3d态电子.掺杂物的能隙明显小于纯LiFePO4的能隙,并且掺杂后,发生了红移现象,从而表明掺杂Mg可以提高LiFePO4的导电性能.     

Mgn(n=2～7)团簇的几何结构研究

采用密度泛函DFT中的B3LYP方法,选择sdd和6-311+g基组,对Mgn(n=2～7)小团簇的各种可能结构进行优化,得到了它们的基态平衡结构并计算出其原子化能.研究表明:随着团簇尺寸的增大,单个原子的平均原子化能逐渐增大.同时分析了团簇的最高占据轨道与最低空轨道之间形成的能级间隙.计算出了电子亲和能和电离势.最后分析了费米能级、电子亲和能和电离势的变化规律及其原因.     

LiFePO4掺杂Mg前后导电性能的理论研究

由广义梯度近似的密度泛函理论,计算了LiFePO4在Mg掺杂前后的电子结构.结果表明,Fe—O键是较弱的共价键;而P—O键的键级大,键长短,形成的是很强的共价键.掺杂Mg后,键中的共价成分有些减弱.在总态密度中费米能级附近的价带和导带,主要来自于Fe的3d态电子.掺杂物的能隙明显小于纯LiFePO4的能隙,并且掺杂后,发生了红移现象,从而表明掺杂Mg可以提高LiFePO4的导电性能.     

单晶铪相变及力学性质的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理方法分别研究了高压下Hf的结构相变、电子结构和弹性性质。分析表明,Hf的六角密排α相在常温常压下比较稳定,但是随着压强增至18.77GPa,α相会相变为另外一种六角结构ω相,当压强增大至67.23GPa时,ω相又相变为体心立方β相。电子结构计算表明三种结构都呈现金属性,且5d轨道电子对其导电性能起主导作用。此外,研究还发现Hf在ω结构下,费米能级处的态密度随着压强的增加而增大。α-Hf的弹性常数、弹性模量、弹性波速等力学性能随着压强的增加有很明显的强化效应。     

V掺杂CrSi2能带结构的第1性原理计算

 采用基于第1性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法和广义梯度近似,计算了V掺杂CrSi₂体系的能带结构和态密度,计算结果表明,本体CrSi₂是具有ΔE_g=0.35eV狭窄能隙的间接带隙半导体,其费米面附近的态密度主要由Cr的3d层电子和Si的3p层电子的态密度决定;V替代Cr掺杂后,费米能级进入价带,费米面插在价带的中间,带隙变窄,且间接带隙宽度ΔE_g=0.25eV;掺杂后费米面附近的电子能态密度则由Cr的3d层电子、V的3d层电子和Si的3p层电子的态密度共同决定,掺杂后V原子成为受主,在价带顶附近贡献了一定数量的空穴,使掺杂后CrSi₂的导电类型变为p型,提高了材料的电导率.     

聚吡咯的电子结构及导电性的理论研究

采用密度泛函(DFT)B3LYP方法优化了聚吡咯的单体和低聚物的电子结构,聚合物采用PBC方法和LSDA方法计算了性质特征,全部的优化都采用6-31G*基组计算。找出了单体、低聚体和聚合物电子结构的关系,并对其能带结构与态密度进行了分析与探讨。通过键长、自然键轨道(NBO)的分析表明:随着聚合数目的增大,环与环之间的共轭程度增大;聚合物的能带结构和态密度研究表明,吡咯的低聚体随着聚合数目的增大,能隙逐渐减小,其聚合物的能隙仅有1.79 eV,可以作为潜在的导电聚合物材料。     

夹心双核茂合物Cp2M2(M=Zn/Cu/Ni)几何和电子结构的第一性原理研究

使用基于密度泛函理论(DFT)的DMOL3程序包,研究了双金属茂合物Cp2M2(M=Zn/Cu/Ni)的几何结构及电子结构。结果表明:不同夹心原子对体系几何结构的影响微弱;Zn/Cu/Ni茂合物的电子局域态密度(LDOS)在费米能级(Ef)处起主要作用的是d轨道电子;随夹心原子Zn/Cu/Ni原子序数的降低Zn/Cu/Ni茂合物最低非占据轨道和最高占据轨道的差值(LUMO-HOMO)逐渐降低。     

Cu/SiO2结构单元在阻变效应中形成导电通道的模型分析*

通过建立一个模型,简单地讨论了Cu/SiO_2结构单元在阻变效应中形成导电通道的临界电压特性。该模型考虑了Cu离子在SiO_2薄膜的迁移扩散和Cu离子在薄膜内引起的空间电荷效应,同时考虑了电子电导机制。模型的计算表明,薄膜的结构参数(厚度、电极功函数、掺杂等)对导电通道的形成过程有很大的影响,其临界电压随薄膜厚度和电极功函数的增加而增大,而随Cu离子掺杂浓度增大而减小。这一结果对未来存储器件的性能设计和制造具有一定的指导意义。     

面心立方和亚稳液相Cu的电子结构和物理性质

根据SGTE数据库的晶格稳定参数和Debye-Gruneisen模型,运用纯金属单原子(OA)理论研究了面心立方和亚稳液相Cu的原子状态、原子势能、原子动能、原子体积、体弹性模量和热膨胀系数等物理参数随温度的变化关系。研究结果表明:电子结构计算结果与采用第一原理方法所得的结果一致;单键半径,原子动能和原子势能随温度上升而增加;线热膨胀系数计算值与实验值较吻合;固液相变时,Liquid-Cu的自由电子和共价电子均向非键电子转移,共价d电子向共价s电子转移,电子结构的转变降低液相的导电性,削弱液相原子配位的方向性,引起原子单键半径和体积增大。     

Hidden symmetries in the energy levels of excitonic 'artificial atoms'

Quantum dots or 'artificial atoms' are of fundamental and technological interest--for example, quantum dots may form the basis of new generations of lasers. The emission in quantum-dot lasers originates from the recombination of excitonic complexes, so it is important to understand the dot's internal electronic structure (and of fundamental interest to compare this to real atomic structure). Here we investigate artificial electronic structure by injecting optically a controlled number of electrons and holes into an isolated single quantum dot. The charge carriers form complexes that are artificial analogues of hydrogen, helium, lithium, beryllium, boron and carbon excitonic atoms. We observe that electrons and holes occupy the confined electronic shells in characteristic numbers according to the Pauli exclusion principle. In each degenerate shell, collective condensation of the electrons and holes into coherent many-exciton ground states takes place; this phenomenon results from hidden symmetries (the analogue of Hund's rules for real atoms) in the energy function that describes the multi-particle system. Breaking of the hidden symmetries leads to unusual quantum interferences in emission involving excited states.     

Ti原子位置对立方SrTiO3电子结构的影响

基于第一性原理密度泛函理论框架下的平面波超软赝势计算方法,计算分析了Ti原子Z轴分数坐标的移动对立方SrTiO 3的能带结构、能态密度和Mulliken电荷布居方面的电子结构的影响。计算结果表明,随着Ti原子Z坐标的上移,O原子的电子逐渐转移到Ti原子上,使得O的部分电子能量升高,Ti的部分电子能量降低,价带与导带渐渐重叠,能隙消失,即Ti原子位置可以强烈影响SrTiO 3的电子结构。     

Atomic-scale imaging of insulating diamond through resonant electron injection

The electronic properties of insulators such as diamond are of interest not only for their passive dielectric capabilities for use in electronic devices, but also for their strong electron confinement on atomic scales. However, the inherent lack of electrical conductivity in insulators usually prevents the investigation of their surfaces by atomic-scale characterization techniques such as scanning tunnelling microscopy (STM). And although atomic force microscopy could in principle be used, imaging diamond surfaces has not yet been possible. Here, we demonstrate that STM can be used in an unconventional resonant electron injection mode to image insulating diamond surfaces and to probe their electronic properties at the atomic scale. Our results reveal striking electronic features in high-purity diamond single crystals, such as the existence of one-dimensional fully delocalized electronic states and a very long diffusion length for conduction-band electrons. We expect that our method can be applied to investigate the electronic properties of other insulating materials and so help in the design of atomic-scale electronic devices.     

一维无序系统电子结构

本文应用负本征值理论方法,计算了含有上万个粒子的一维无序系统的电子态密度,针对无序程度和系统大小等物理量,讨论了无序系统的电子结构。结果表明,随着无序程度的变大,电子的局域化程度加强,而随着无序系统的变大,局域化的电子数增多。     

不同氧化锆相的稳定性及电子结构的第一性原理研究

通过密度泛函理论计算了不同氧化锆相的晶体结构参数,在所有晶相模型结构优化的基础上,分析了在一般温度和压力下不同晶相稳定程度不同的原因。使用3种不同的泛函计算了不同晶相的电子能带结构和态密度电荷差分密度,发现在氧化锆高温稳定相体系中,由于强关联电子的相互作用增强,传统密度泛函理论的广义梯度近似平面波超软赝势泛函及其修正的Hubbard U方法都会严重低估能带带隙,因此所得各层能带位置不准确,而使用B3LYP杂化泛函计算的结果则可以很好地与已有实验结果相吻合。结合杂化泛函计算出的态密度和差分密度数据,在理论上从电子间相互作用的角度解释了氧化锆不同晶相的稳定性、导电性及光吸收性能。     

缺陷对单壁碳纳米管电子结构调制的第一性原理计算

用密度泛函理论计算不同浓度点空位缺陷对扶手型和锯齿型碳纳米管电子结构的调制, 并对其键长、 缺陷形成能、 带隙及电子态密度进行分析. 结果表明： 随着缺陷浓度的增加, 邻近碳原子间化学键键长减小, 扶手型碳纳米管带隙打开, 由金属性质变为半导体性质, 锯齿型碳纳米管带隙逐渐变小; 碳原子缺失使缺陷附近未成键的悬键电子局域在Fermi能级附近形成额外的电子态而改变了碳纳米管的电子结构.     

Cr含量对Fe3Al合金电子结构及力学性能影响的第一性原理

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Cr含量对DO3-Fe3 Al合金电子结构及力学性能的影响.通过计算掺杂前后体系的形成热和结合能明确Cr在超晶胞模型中的占位;通过计算各体系的弹性模量、布居、态密度及差分电荷密度揭示了Cr对Fe3 Al合金力学性能影响的微观机制.结果表明:含量为3.125 at.％时,Cr优先...     

气相环境Ala分子和离子的低激发态性质

用密度泛函理论中的B3LYP方法, 在6-311++G(-d,p-)基组水平上, 优化得到气相环境丙氨酸分子和带电离子的基态稳定构型, 并用含时密度泛函理论（TD-DFT)方法研究气相环境丙氨酸分子和负离子的低激发态特性. 结果表明, 随着体系分子获得电子数的增加, 键长呈逐渐减小趋势, 第一激发态的激发能Δ E明显减小, 荧光波长急剧增加, S6电子跃迁轨道数增加.