CeN压致结构相变的第一性原理计算

基于密度泛函理论的第一性原理计算研究CeN晶体的压致结构相变.计算结果表明:在55GPa压力下,CeN晶体从氯化钠型晶体结构(B1)转变为氯化铯型晶体结构(B2);压力为0时,B1有力学和热力学稳定结构;压力为55GPa时,B1没有力学和热力学稳定结构.     

高压下Si的结构转变与弹性性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函的第一性原理,计算了在压力作用下Si的结构相变和弹性性质。晶胞总能的计算结果表明,Si在11.7 GPa压力下发生了从立方金刚石结构（Si-Ⅰ）到四方结构（Si-Ⅱ）的转变。能带结构和态密度的计算结果显示,Si-Ⅰ是具有间接带隙的半导体,带隙为0.71 eV,Si-Ⅱ呈现金属的能带结构特性;Si-Ⅰ和Si-Ⅱ费米面附近的能带结构主要来自于2p电子的贡献。高压下Si-Ⅰ的弹性系数计算结果表明,弹性系数C11,C12和C44均随压力的增加呈现线性增大的规律。     

SrCl2晶体高压结构转变的第一性原理计算

利用基于密度泛函的第一性原理, 计算SrCl2压致结构转变的压力. 结果表明： SrCl₂在2.1 GPa处发生第一个压致结构转变, 由萤石结构（空间群Fm3m）转变为正交结构（空间群Pnma）; 在65.7 GPa处发生第二个压致结构转变, 由正交结构转变为六角结构（空间群P6₃/mmc）; 两个压致结构转变均发生体积突变, 分别为4.7%和0.2%, 均属于一级相变.     

ZnO电子结构及高压相变的第一性原理研究

基于屏蔽交换的LDA方法研究了高压下B4及B1相ZnO的能带结构和态密度特性;使用GGA WC交换关联泛函,计算了B4,B3,B2和B1相结构ZnO的基态能量、晶格常数、体模量及其对压力的导数.计算结果表明：ZnO在从纤锌矿（B4）转变为岩盐（B1）结构的过程中,存在着一个亚稳平衡过渡相,即闪锌矿结构（B3）.计算得到的相变压Ptr表明：随着外压的增加,ZnO将依照B4→B3→B1→B2的路径发生一系列的结构相变,相变压依次为Ptr（B4→B3）=3.156 GPa,Ptr（B3→B1）=7.996 GPa,Ptr（B4→B1）=9.855 GPa,Ptr（B1→B2）=253.605 GPa.     

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.     

利用第一性原理计算HgSe的结构相变和光学性质

利用基于密度泛函的第一性原理, 计算了高压下HgSe的结构相变和光学性质, 并给出导带与价带之间跃迁激发峰的位置. 结果表明, HgSe的压致结构转变顺序为闪锌矿结构（HgSe-Ⅰ）→朱砂相结构（HgSe-Ⅱ）→岩盐矿结构（HgSe-Ⅲ）→正交结构（HgSe-Ⅳ）, 相变压力分别为1.1,15.1,40.1 GPa.     

在高压下CrB4 的结构和电子性质的第一性原理计算

该论文对新合成超硬材料CrB4 的结构和电子性质从0 GPa到100 GPa的压力范围内，采用密度泛函理论下的第一性原理计算进行了详细的理论研究. 在零压力下的结果与现有的理论和实验值吻合得很好. 计算了CrB4 的结构，键长，B–B、Cr–B键的Mulliken重叠布居，态密度（DOS）和PDOS等随压力的依赖，并进行了讨论. 计算出的结构性质随压力的依赖表明，结构参数和CrB4 共价键对压力不敏感，有力地支持了CrB4化合物的高硬度是来自于B–B笼这一特点.     

几种橙酮化合物荧光光谱的量子化学研究

对几种橙酮化合物的荧光光谱进行了理论研究.在B3LYP/6-31G水平下优化了3种化合物的几何构型.结构分析表明:3种化合物的各环均处于同一平面,体系为较大的共轭体系.在振动分析中,均未出现虚频率.基于此,分别用C IS方法在B3LYP/6-31G和B3LYP/6-311G水平下计算了该类化合物的荧光光谱,相对误差在可接受范围内.此外,对两种水平下的计算结果进行了分析比较.研究表明:虽然两种基组的计算结果都与实验值较为吻合,但6-311G基组水平上的计算结果相对较好,所以在对计算精度要求较高时,优先选择6-311G基组水平进行计算.     

超高静压下传压介质压致升温的规律

通过将温度探头伸入高压腔内在线测定了3种传压介质(癸二酸二辛酯、水、无水乙醇)的温度变化情况,研究它们在不同条件下的压致升温规律.结果表明:在试验条件下,癸二酸二辛酯的压致升温值随压力的增加由0.089℃/MPa降至0.068℃/MPa,且随初始温度的增加而降低;水的压致升温值随压力的增加基本不变,稳定在0.026~0.028℃/MPa之间,且随初始温度的增加而略有增加;无水乙醇的压致升温值受压力影响大于水而小于癸二酸二辛酯,随压力增加由0.082℃/MPa降至0.075℃/MPa,初始温度对其影响大于水,但乙醇压致升温值随着其质量分数的增加而增加.通过聚四氟乙烯套筒和不锈钢套筒模拟不同的热损失条件时,在保压过程中前者对癸二酸二辛酯的保温效果明显高于后者.     

超硬材料BC_2N的一种新亚稳结构及其高压物性预测

硼(B)、碳(C)、氮(N)轻元素因具有较小的原子半径和极强的相互键合能力,其形成的化合物极易形成强共价键和高原子密度的三维网状致密结构,从而成为寻找制备超硬材料的备选体系.本文基于最新研究的机械性能优异的体心四方碳结构模型,构造了一种具有四方对称结构、空间群为I4/mmm的BC2N潜在超硬化合物新结构.利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统地研究了该化合物四方相新结构的热力学、力学和动力学稳定性,表明该四方相BC2N至少在0–60 GPa的压力范围内是力学和动力学稳定的;热力学计算结果显示该结构结合能稍高于BC2N化合物中最稳定的纤锌矿结构,表明新构造的四方结构是BC2N化合物的一个亚稳结构,且其不可压缩性大于其他的硼-碳-氮类化合物如B2CN, BC4N等.在结构稳定性研究的基础上,本文计算了该四方相BC2N化合物在0–60 GPa压力范围内的电子结构,发现其在零压下具有2.16 eV的带宽,为半导体,且随着压力的增加,带隙逐渐加宽;高压弹性特性研究表明BC2N化合物四方结构的体弹性模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比、德拜温度、最小热导率和弹性波速均随压力增加呈现出不同的增加趋势且属脆性体质,其弹性各向异性在高压下变得更加明显;同时,大的体弹性模量、大的剪切模量及高维氏硬度表明所构造的空间群为I4/mmm的四方结构是BC2N化合物的一种潜在超硬新结构.     

氯化钠结构相变和弹性性质的第一原理计算

基于第一性原理平面波赝势密度泛函方法，研究了NaCl的高压结构相变和弹性性质．计算结果表明，在零温下NaCl从B1结构到B2结构的相变压强为29．7GPa,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NaCl在0-70GPa范围内下的德拜温度θ、压缩波速度Vp和剪切波速度Vs．     

黑柱石的高压相变及其压缩性研究

利用金刚石压腔(DAC)和原位同步辐射X射线衍射(XRD)技术, 研究天然黑柱石单晶室温下的高压结构稳定性和压缩性, 实验最高压力为39.5 GPa。实验中观察到黑柱石在19.2 GPa 时从斜方晶系α相(空间群Pnam)转变为单斜晶系β相(空间群P2₁/a), 转变过程中晶胞体积没有明显的不连续变化。利用Birch-Murnaghan状态方程, 对黑柱石单胞体积随压力的变化关系(P-V)进行拟合, 得到α相黑柱石状态方程参数为K₀=118(4) GPa, V₀=671.9(5) A³, K₀′=6.6(7); β相黑柱石初始相变压力P_r=19.2 GPa, 状态方程参数为K_r=157(3) GPa, V_r=599.3(6) A³, K_r′=4 (固定)。此外, 确定了α相和β相黑柱石的轴压缩系数, 并从化学组成和晶体结构压缩性各向异性的角度讨论相变机理。     

Li3Bi结构、力学和电子性质的第一性原理计算

 基于密度泛函的线性响应理论,通过第一性原理的赝势方法,对Fm-3m相Li₃Bi的结构、力学和电子性质做了系统的研究.优化得到的平衡结构参数与实验值符合得很好.计算表明,Fm-3m结构在零压下的焓最低,满足力学稳定标准,是最稳定的结构.计算得到的Fm-3m相Li₃Bi的块体模量、剪切模量和弹性模量分别为30.2,25.5 GPa和59.6 GPa.德拜温度是312 K.Li₃Bi具有小的弹性各向异性特征,是窄带隙的间接带隙半导体,带隙为0.45 eV.     

ZrN的力学和热力学性质的第一性原理

利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,研究了fcc-ZrN的平衡态性质、不同压力下的弹性性质及热力学性质.通过对焓压关系、弹性性质的分析,推测fcc结构到bcc结构ZrN的相变发生在208~220GPa之间.进一步分析了fcc-ZrN在不同压力下力学的各向异性,得到了压力对ZrN力学性质的影响关系.计算分析了fcc-ZrN的热力学性质.研究结果表明:力学各向同性随压力增大明显减弱;一定温度下,热容随压力增加而减小;德拜温度随着压力增加而增大;低压区温度影响较大,高压区压力影响较大.     

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.     

立方氮化硼的电子结构与热力学性质研究

利用第一性原理超软赝势平面波的方法,对立方氮化硼晶体结构进行了几何优化,得到晶格参数为0.359 3 nm;在优化结构的基础上计算得到带隙为4.654 eV,属于间接宽带隙半导体;零温零压下的弹性常数为C11=804.6 GPa、C12=161.2 GPa、C44=463.9 GPa及弹性模量B0=375.7 GPa;根据德拜模型近似,由弹性常量计算了德拜温度为1 924.8 K,并进一步得到定容热容随温度的变化关系,在高温下,热容接近杜隆—珀蒂极限。     

热解碳的纳米硬度及弹性模量

借助纳米力学测试系统的纳米压痕法,测定了高温处理前、后的纯热解碳和3D正交编织碳/碳复合材料中热解碳的纳米硬度和弹性模量,讨论了加载和卸载过程的载荷 位移特征.测试结果表明,热解碳在高温处理前,只发生弹性变形,高温处理后不仅发生弹性变形,也产生塑性变形.测得高温处理前纯热解碳的模量为33.84 GPa,高温处理后的热解碳模量为4.65 GPa,二者的差值是乱层结构向石墨结构转变引起的,3D碳/碳复合材料中的热解碳模量为30.08GPa.     

高压下XeF2结构稳定性及电子结构性质的理论研究

采用平面波赝势密度泛函理论方法研究了惰性气体化合物XeF2在0~80GPa压力范围内的结构性质,计算值与实验值相符合.根据我们计算得到的不同压力XeF_2的弹性常数,结合力学稳定性判据,证实XeF_2的I4/mmm结构在80GPa压力范围内是稳定的.计算了不同压力下XeF_2的带隙,发现带隙随着压力的增大而减小.当压力大于10GPa时,XeF_2的带隙随压力的增大近似呈线性减小趋势.表明随着压力的增大XeF_2晶体由绝缘体向半导体转变,且金属性越来越强.