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。     

含有碳链通道的石墨烯纳米带电子特性的第一性原理研究

采用第一性原理的密度泛函理论结合非平衡格林函数的计算方法,研究了含有多碳链通道的石墨烯纳米带的原子结构、电子能带结构与电子输运特性.结果表明,移除大量原子后含有双碳原子链的纳米带的能隙显著增大,这说明电子从占据态到未占据态的跃迁将更加困难;并且最高占据子能带与最低未占据子能带几乎与费米能级平行,说明边缘态几乎完全消失.电子输运特性的计算结果与电子能带结果是自洽的,碳链的引入导致纳米带电导隙的增大和费米能级位置电导的湮没.这说明通过电子束轰击的方式裁剪纳米带的原子结构来制备集成度更高、尺度更小的一维半导体纳米器件是可行的.     

等变形压加载下单晶铝fcc-bcc相变的分子动力学模拟

采用EAM势,利用分子动力学方法模拟了单晶铝在高速率等变形压加载条件下的fcc-bcc的结构相变.模拟结果表明,在等变形压加载条件下,单晶铝在加压至270GPa左右,体积缩小至0.55 V0时,由面心立方结构转变为体心立方结构.这一结果与第一原理计算的结果大致符合.     

高压下Ge的结构转变及弹性性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算在压力作用下Ge的结构转变、能带结构、电子态密度和弹性性质.结果表明:在9.0GPa压力点,Ge发生了从立方金刚石结构(Ge-Ⅰ)到β-Sn结构(Ge-Ⅱ)的一级结构相变;材料的导电性能由半导体转变为导体;Ge-Ⅰ的弹性常数随压力线性增加。     

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。     

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.     

TiH2储氢材料的第一性原理研究

本文通过第一性原理研究了钛氢化合物的电子结构,高压结构相变性质,文中系统的探讨了TiH2的三个结构:面心立方结构,体心四方结构,正交PbCl2结构,计算得到体心四方结构是TiH2的基态稳定相,预测了TiH2的新相:正交PbCl2结构,而且计算了从体心四方到正交PbCl2结构的相变压力约为55GPa。     

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.     

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.     

元素氯高压属性的第一性原理研究

应用第一性原理密度泛函理论,研究了元素氯在高压下的属性.电子能带的计算结果指出,在130GPa氯元素从常压的绝缘体结构转变为了高压下的金属结构,发生了金属化,此转变是由能带交叠引起的,此时氯的分子相并没有发生结构相变.结构定标法则也指出氯的金属化压力接近130GPa.电子局域函数清晰地显示出了电子局域的变化情况;高于130GPa时,分子周围的电子向分子间的位置发生转移,使得此结构显现出金属性.通过综合分析弹性常数随压力的变化情况可知,氯金属化是与压力大于130GPa时弹性常数C55的软化有关.     

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...     

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.     

冲击-斜波加载下锆的动力学特性

本文基于磁驱动装置CQ-4完成了冲击-斜波加载实验设计,开展了金属锆在不同加载条件下先冲击再斜波压缩新热力学路径下的动力学特性研究.实验结果显示,加载压力峰值约为25 GPa,三个样品的波剖面结构依次为弹塑性转变、冲击波和斜波压缩,当冲击加载压力在相变压力附近约10 GPa时可以获取含有明显相变特征的速度波剖面,而冲击压力在20 GPa时冲击波覆盖相变波,速度波剖面无法观测到10 GPa附近的双波结构.加载压力峰值约为44 GPa,速度波剖面无弹塑性转变和相变特征为单波结构.结合多相状态方程和非平衡相变速率方程对锆的冲击-斜波压缩过程进行了数值模拟,计算与实验结果吻合良好,可以较好地模拟锆的冲击-斜波压缩实验过程.     

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．     

C3N4的高压电学特性

利用在金刚石对顶砧(DAC)上的集成微电路技术, 高压原位测量类石墨相C₃N₄的电阻. 实验结果表明, 在293 K, 5 GPa和11 GPa的压力点, 电阻明显下降, 与理论计算的结构相变压力点一致; 在77 K, 5 GPa压力点的电阻基本不变; 11 GPa压力点的电阻变化更明显. 在21 GPa压力点附近, C₃N₄的电阻发生突变, 表明此时存在一个未知的相变.      

New high-pressure phases of lithium

Lithium is considered a 'simple' metal because, under ordinary conditions of pressure and temperature, the motion of conduction electrons is only weakly perturbed by interactions with the cubic lattice of atomic cores. It was recently predicted that at pressures below 100 GPa, dense Li may undergo several structural transitions, possibly leading to a 'paired-atom' phase with low symmetry and near-insulating properties. Here we report synchrotron X-ray diffraction measurements that confirm that Li undergoes pronounced structural changes under pressure. Near 39 GPa, the element transforms from a high-pressure face-centred-cubic phase, through an intermediate rhombohedral modification, to a cubic polymorph with 16 atoms per unit cell. This cubic phase has not been observed previously in any element; unusually, its calculated electronic density of states exhibits a pronounced semimetal-like minimum near the Fermi energy. We present total-energy calculations that provide theoretical support for the observed phase transition sequence. Our calculations indicate a large stability range of the 16-atom cubic phase relative to various other crystal structures tested here.     

难熔金属钽、钼、钨的高温高压状态方程及声速的第一性原理研究

难熔金属的高压熔化曲线在动-静高压实验之间存在巨大争议,而在发生冲击熔化之前是否存在固-固相变是目前的研究热点问题.本文以3种典型难熔金属钽、钼、钨为例,通过第一性原理晶格动力学方法,计算了钽、钼、钨的声子色散曲线.采用准谐近似的方法,获得了Hugoniot状态方程以及Hugoniot声速.对于钽和钨的声速计算表明,其基态体心立方结构在高压下一直保持其稳定性;而钼的晶格动力学计算表明其基态结构的稳定性在高压下消失,而钼的Hugoniot声速在175–275GPa区域内发生了拐折,这一结果证实了冲击波实验中对于钼的声速测量的结果:在210GPa压力附近声速发生间断.     

高压下AlN纳米带的Raman光谱特性

利用原位高压Raman技术, 在0~29.83 GPa内研究AlN纳米带的高压相变, 并计算各振动模式与压力间的关系及压力系数和Grüneisen常数. 结果表明: 当压力约为17.34 GPa时, 晶体由六角纤锌矿结构向立方岩盐矿结构转变, 在21.28 GPa时相变结束; 在相变过程中观察到岩盐矿结构AlN晶体的Raman散射信号, 确定岩盐矿结构AlN晶体的Raman散射信号来自岩盐矿结构的无序声子散射.     

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.     

交流阻抗谱法研究高压下CdS的电学性质

利用金刚石对顶砧(DAC)原位交流阻抗谱测量技术,研究了硫化镉(CdS)半导体粉末在高压下的电输运性质.结果表明,在高压条件下CdS中存在两个电传导过程,晶体内传导和晶界传导,而晶体内传导是其主要过程.通过选择合适的表象,获得了 CdS的体电阻随压力的变化关系,反映了CdS在高压下的相变过程:在2.7 GPa—3.6 ...