高压下Th2N2S的结构相变:第一性原理计算研究

基于第一性原理计算和粒子群优化算法,研究了Th₂N₂S在0～200 GPa压强范围内的晶体结构和物理性质.研究结果成功再现了常压下的实验相:■相,同时预测了2个高压下的新结构,即I4/mmm相和Cmmm相.确定了一系列由压强诱导的结构相变序列:由■.相转变为I4/mmm相,然后转变为Cmmm,相应的相变压强分别为4.8.2 GPa和156.2 GPa.Th₂N₂S材料声子色散曲线及弹性常数的.结果表明,Th₂N₂S的3相是动力学和力学稳定的.力学性质的计算结果表明,■相、I4/mmm相和Cmmm相均为韧性材料,其中,Cmmm相的各向异性程度是3相中最大的.电子结构的计算表明,■相到I4/mmm相的相变是一个半导体-金属相变.     

BaC2高压相R3m的电子结构与力学性质的第一原理

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究BaC₂高压相R3m的晶体结构、 力学、  热力学和电子结构等性质. 计算结果表明:  BaC₂的I4mmm相较高压相R3m的离子性更强. 在0 K 时, 由BaC₂的I4mmm相转变为R3m相的压强为3.6 GPa, 与实验结果相符. 高压相R3m的弹性常数满足波恩\|黄昆判据, 因而其晶格力学性质稳定. 布居数分析表明, 在高压下, 从Ba原子至C原子的电荷转移在I4mmm至R3m相变过程中所起的作用较大.      

“单原子相”金属氢的第一性原理研究

系统研究了"单原子相"金属氢的结构、电子行为、动力学和电子—声子耦合特性.此结构被认为是最为可能的高压单原子相结构.通过超导电性的系统分析指出"单原子相"金属氢中存在着强烈的电子—声子相互作用.当压强P=539 GPa时,超导转变温度达到291.40 K,接近于室温超导体.     

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...     

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c-Zr_3N_4弹性性质和热力学性质的第一性原理研究

利用平面波赝势密度泛函理论方法研究了高压下c-Zr3N4的结构性质和弹性性质,由此获得了c-Zr3N4在高压下的体弹模量、杨氏模量、剪切模量和泊松比等力学性质.高压弹性常数计算结果表明,在小于50 GPa下,c-Zr3N4没有发生相变,是力学稳定的,而且各向异性因子计算表明其具有弹性各向异性.此外,高压下c-Zr3N4的B/G计算结果表明,在此压强范围内,c-Zr3N4具有较好的延展性.最后利用准谐德拜模型研究了c-Zr3N4的热动力学性质,得到了其高压下的热容、德拜温度和热膨胀系数等参数.研究c-Zr3N4在高压下的弹性性质和热动力学性质,对实验研究具有一定的参考价值.     

高压下Bi的第一性原理研究

利用晶体结构预测软件USPEX找到了一种Bi的高压稳定相C4,其空间群是： .采用投影缀加平面波方法和广义梯度近似的第一性原理计算,研究了该新结构和Bi 的A7 结构、高压下的单斜结构（Bi-Ⅱ相）、Host-guest 结构（Bi-Ⅲ相）和bcc结构（Bi-Ⅴ相）在不同压强下的压缩行为.拟合出了状态方程,得到各相之间的能量压力关系,进而分析了各相发生相变时的压强.对比发现：常压下C4 结构与bcc 结构的能量非常接近,前者仅仅比后者低10 3 eV/atom.随着压强的升高,发现在50 GPa时C4 结构比bcc结构的能量低10 2eV/atom.运用基于密度泛函微扰理论的赝势平面波方法的ESPRESSO 软件包,计算了C4 结构与bcc 结构在10 GPa压强下的电声耦合常数,从而推算出两者相应的超导转变温度分别是5.8K和7.4K.另外发现两者随着压强的升高而均呈现降低的趋势,在50 GPa时, C4 结构与bcc 结构的分别是1.5 K和1.8 K.     

A theoretical investigation on phase transition and dissociation of ammonium bromide under high pressure

Structures of ammonium bromide under high pressure were investigated through ab initio evolutionary algorithm and total-energy calculations based on density functional theory. Static enthalpy calculations indicate that the low-pressure phase V（space group P4/nmm） transforms into a monoclinic P21/m structure at 71 GPa and then an orthorhombic structure Cmma at 130 GPa, which is found to be energetically stable up to 264 GPa. Mechanism of phonon softening at the P4/nmm P21/m transformation is discussed. Ab initio calculations show that the band overlap in the molecular Cmma phase, which causes the pressure-induced insulator-to-metal transition, occurs at about 240 GPa. Enthalpy calculations show that Cmma NH4 Br becomes unstable and dissociates into NH3 and HBr above 264 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Na-Si晶体结构预测及电子性质第一性原理模拟

具有开放骨架结构的新型Na-Si化合物不仅具有良好的物理性能,也可用作合成具有优异性能的Si同素异构体的前驱物.本研究采用CALYPSO结构搜索软件预测得到了一种具有开放骨架结构的新型Na-Si化合物P2/m-NaSi_5.通过计算形成焓表明,在压强高于2.1 GPa条件下,该结构的热力学稳定.在10 GPa压强下,结构优化后得到其晶体学数据,并分析了结构特点.声子谱曲线表明其晶格动力学稳定.采用第一性原理软件VASP模拟高压结构的能带结构、态密度、电子局域函数,发现该结构表现出金属性.     

高压下ZrB3与NbB3力学性质的第一性原理研究

此文用密度泛函理论的赝势平面波方法的第一性原理研究了过渡金属化合物ZrB_3与NbB_3(m-AlB_2、OsB_3和MoB_3结构)在高压下的力学性质和电子结构特点,获得了在常压下,m-AlB_2是最稳定的结构,当压强升高到40GPa时发生相变,高压下最稳定是OsB_3结构.m-AlB_2-NbB_3具有最大的剪切模量204GPa,最高的德拜温度921K和最大的硬度值27.3GPa,属于潜在的超不可压缩材料.MoB_3-NbB_3、OsB_3-NbB_3和m-AlB_2-ZrB_3的硬度值分别达到了24.9GPa、22.6GPa和19.8GPa.它们的电子态主要是由M-4d态和B-2p态杂化叠加形成的,在费米能级处取值均不为零,故这些化合物都具有金属性等有益结果.     

高压下BeSe相变和热力学性质第一性原理研究

利用密度泛函理论研究了BeSe的相变、晶格动力学和热力学性质.计算得到的晶格常数、体弹模量以及其对压强的一阶偏导与实验值符合较好.焓的计算结果表明在压强为57.68GPa时BeSe会发生从闪锌矿(ZB)结构到砷化镍(NiAs)结构的相变,与实验值56±5GPa较吻合.BeSe的声子色散曲线计算表明零压下ZB结构满足动力学稳定性,而在高压下ZB结构的动力学稳定性将消失.基于准简谐近似方法,还成功预测了BeSe的热容、热膨胀系数和熵随着压强和温度的变化关系.     

ScB_2的高压结构和电子性质的密度泛函计算（英文）

本论文用广义梯度近似(GGA)密度泛函方法研究了具有AlB_2结构的ScB2从0GPa到100GPa高压下的结构和电子性质.在0GPa下的结果与现有实验和理论数据相符.获得的结构性质的压强依赖性显示出ScB2的结构受压强的影响很小.另外还计算了高压下ScB_2电子的态密度和部分态密度.我们发现高压强明显的改变了电子态密度分布的轮廓,并且还发现费米能级附近的态密度随着压强的升高而减小,表明高压下ScB2电子杂化轨道能量在下降.     

SiC相变和热动力学性质的第一性原理计算(英文)

利用基于密度泛涵理论的全势能线性糕模轨函法计算了闪锌矿(ZB)和岩盐(RS)结构的SiC的相变和热动力学性质.结果发现SiC从ZB结构到RS结构的相变压力为55.9GPa,与其他计算结果一致.通过实验测得SiC在高温高压条件下的性质存在较大困难,因此基于准谐德拜模型本文研究了ZB结构和RS结构的热动力学性质,并且成功得到了相对体积V/V_0随压强P,热膨胀系数随温度T,德拜温度■和热容Cv随压强,以及热容随温度的变化关系,其中相对体积V/V_0随压强P的变化关系与实验结果吻合的较好.     

新型二元半导体CdSe的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对CdSe在44~80 GPa压力区间提出的新高压相的结构、电子能带、局域电荷密度、晶格动力学和力学稳定性进行了研究.结果表明:CdSe的Pnma新相是动力学稳定的,达到80 GPa;压力致使Pnma相能隙发生闭合;根据力学稳定性判据得出Pnma相是力学稳定的.     

高压条件下几种简单金属的溶化性质

熔化熵和熔化体积是物质的重要热学参量,研究物质在高压条件下的熔化性质有助于推动高压物理、材料科学和凝聚态物理等学科的发展.应用分子动力学方法计算铝、铜、镍、钽、硅5种单质分别在2、4、6和8GPa压强下与熔化有关的参量.计算结果表明:铝、铜、镍、钽4种单质的熔化温度随压强增大而增大,熔化体积增率和熔化熵随压强增大而减小;硅单质的熔化温度和熔化熵随压强增大而减小,熔化体积增率随压强增大而增大.并对硅单质在高压条件下所表现出的特殊熔化性质进行理论解释.     

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.     

第一性原理研究TiH_2的结构和热力学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了TiH2原胞体系的晶体结构、电子结构和总能,获得了体系的稳定晶格常数、总体能量与体积的函数关系.并利用准谐德拜模型研究了在不同温度(T=0～1800K)和压力(P=0～140GPa)下TiH2的热力学性质,如弹性模量与压强,热熔与温度,热膨胀系数与温度或压力的变化关系.结果表明:TiH2的晶格常数与实验值符合较好;在一定温度下,相对体积、热熔随着压强的增加而减少,德拜温度、弹性模量随着压强的增加而增加;而定容热容CV随温度升高而升高,高压下温度对TiH2热膨胀系数的影响小于压强对热膨胀系数的影响.     

高压——现代科学的一门新技术

 高压技术破土而出高压技术是最近20多年来才发展起来的一门新技术, 它的出现立即在物理学、化学、材料科学、地球科学等学科领域中获得了极大的应用与发展。目前已经设计出了高达550GPa的高压设备, 并且建立起来一系列物性的研究方法。原子间距是决定物质凝聚态的最基本参数之一。压强的最基本效应是改变原子间距从而引起物质性质的变化。因此, 压强是物质性质研究的一个重要组成部分, 高压是控制物质的物理和化学性质的变化以及它们之间相互联系的一种愈来愈重要的手段, 是现代科学研究中的一个决定性的变量。