Cu(111)面上原子扩散势垒的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)结合平板周期模型方法,对Cu在Cu(111)表面fcc洞位、hcp洞位的吸附模型进行了几何优化,并用从fcc洞位到hcp洞位过渡态计算的方法,研究了Cu在Cu(111)表面的扩散势垒.通过对不同基底层数、不同表面弛豫层数、不同覆盖率的比较,得到基底层数为4层、表面弛豫1层、覆盖率为1/4ML(monolayer)时,Cu在Cu(111)表面的扩散势垒和实验结果吻合得较好.在此基础上,计算了Fe、Ni、Co等磁性原子在Cu(111)表面的扩散势垒.     

钇在高压下的弹性性质和相稳定性研究

运用密度泛函平面波赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA),对钇的3种结构相(体心立方bcc、面心立方fcc和六角密排堆积hcp)的总能和电子结构进行计算,得到了hcp结构的状态方程、价电子分布情况以及各种相在不同压力下的弹性常数和体模量,结果表明理论计算与实验值吻合得很好,比用局域密度近似(LDA)方法有了很大的改善.此外,还发现hcp相在加压到40GPa时发生相变,fcc是稳定的相.     

化学镀Co-Ni-P合金薄膜的结构与磁性研究

采用化学镀制备了Co-Ni-P磁性合金薄膜,分别用能谱仪、XRD和AGM对薄膜的成分、结构和磁性进行了表征,考察了化学镀液中硫酸铵浓度对薄膜成分、结构和磁性的影响.结果表明,随硫酸铵浓度的增加,薄膜中的Co含量增加,Ni、P含量逐渐下降;结构逐渐由密排六方结构(hcp)-αCo的固溶体转化为面心立方结构(fcc)-βCo的固溶体;矫顽力随之显著增加,矩形比变化不大.     

Fe_(14)T_2(T=Cr,Mn,Co,Ni)二元合金结构与力学性质的第一性原理研究

运用以密度泛函理论为基础的投影缀加波方法,研究Fe_(14)T_2(T=Cr,Mn,Co,Ni)二元合金不同相结构的总能、磁性和力学性质.结果表明,Fe_(14)T_2(T=Cr,Mn,Co,Ni)二元合金的体心立方相(bcc相)的铁磁态能量最低,应为体系的基态.铁磁性的面心立方相(fcc相)具有高自旋和低自旋的特性,而反铁磁性的fcc相具有更低的能量,相对铁磁态更为稳定.弹性常数的计算表明,铁磁性fcc相的HS态和铁磁Fe_(14)Ni_2fcc相LS态在力学上不稳定,其他相均在力学上稳定.     

计算典型结构金属元素空位形成能的新方法

在Tiwari和Patil计算空位形成能的模型基础上,对金属表面能的计算方法进行了改进,计算了面心立方(fcc)、体心立方(bcc)、密排六方(hcp)典型金属的空位形成能,并引入能量修正因子,可使理论计算结果与实验值基本一致,对fcc, bcc, hcp结构金属的能量修正因子分别取1.292,1.265和1.357,可以比较精确地计算fcc, bcc, hcp金属的空位形成能.     

[(BCO)5]2M(M=Fe,Co,Ni)金属夹心化合物的结构

基于密度泛函理论B3LYP/6-311++G(d,p)方法,对(BCO)5与3d过渡金属离子Fe2+,Co2+,Ni2+形成的夹层配合物进行了稳定性与结构方面的计算研究.计算结果表明,与Cp-具有等瓣相似性的(BCO)5-可以形成类似于二茂化合物的夹层配合物.[(BCO)5]2M(M=Fe,co,Ni)的结合能小于相应Cp2M的结合能.对[(BCO)5]2Fe的电子结构进行了详细的分析,发现其前线轨道与Cp2Fe有着较大的不同.通过电子结构分析,很好地解释了为什么[(BCO)5]2Co的对称性是C2v,为什么[(BCO)5]2Ni是一个具有理想D5d对称性的三重态结构;三种标题化合物的结合能顺序为[(BCO)5]2Fe＞[(BCO)5]2Co＞[(BCO)5]2Ni.并给出了这一稳定性顺序的原因.     

金属中氦缺陷的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了面心立方fcc、体心立方bcc和六方密堆hcp结构金属中氦缺陷,计算分析了三种晶体结构金属中四面体间隙位置、八面体间隙位置和替代位置氦原子的形成能．并比较了fcc、bcc和hcp结构中不同位置氦点缺陷的稳定性．     

MnFe_(1-x)Z_xP_(0.77)Ge_(0.23)(Z=Co,Ni)系列化合物的结构与磁性

利用高能球磨法和粉末烧结法制备了MnFe_(1-x)Z_xP_(0.77)Ge_(0.23)(Z=Co,Ni)系列化合物,研究了样品的物相结构、磁热效应及电子状态.X射线衍射结果表明,该系列化合物均形成Fe2P型六角结构,空间群为P62m.用Co和Ni分别替代Fe,随着Co和Ni含量的增加,晶格常数a逐渐减小,c逐渐增加.磁性测量结果表明,MnFeP_(0.77)Ge_(0.23)化合物的居里温度为360K,用Co和Ni分别替代Fe后,随着Co和Ni含量的增加,化合物的居里温度、热滞和等温磁熵变均降低.FeL_3边XANES分析结果表明,用Co和Ni分别替代Fe后,Fe的+3价态减弱,Fe的+2价态增强.     

金属Cr的电子结构和物理性质

依据纯金属单原子理论(OA)确定了体心立方结构(bcc)Cr的电子结构为[Ar](3dc)3.32(3dn)2.26(4sc)0.25-(4sf)0.17,并对Cr的面心立方结构(fcc)和密排六方结构(hcp)初态特征晶体和初态液体的电子结构进行了研究.在此基础上,定性地解释了Cr的电子结构和晶体结构之间的关系:bcc→hcp→fcc结构的转变过程中,dc电子逐渐减少(3.32→3.24→3.14),sc电子逐渐增加(0.25→0.28→0.32),电子云分布的对称性逐渐增强而方向性逐渐减弱,故形成晶体时配位数逐渐增加的现象;并通过计算得到了bcc Cr的势能曲线、弹性和热膨胀系数随温度的变化曲线.     

CHx(x=2~4)在Co(111)表面吸附的DFT研究

采用密度泛函理论与周期平板模型相结合的方法,对物种CHx(x=2~4)在Co(111)表面的top,fcc,hcp和bridge位的吸附模型进行了结构优化、能量计算,得到了各物种较有利的吸附位;并对最佳吸附位进行密立根电荷和总态密度分析.结果表明：CH4和CH3在Co(111)表面的最稳定吸附位都是top位,吸附能分别是-60.35和-227.61 kJ·mol-1,而CH2在Co(111)表面的最稳定吸附位hcp的吸附能是-440.52 kJ·mol-1;三物种与金属表面作用都较强,且有电荷转移,属于化     

机械合金化Fe40M（M=Ni，Co）40Si20过饱和固溶体的物相分析

采用机械合金化方法制备了Fe i Si,Fe Co Si三元系合金,利用X射线衍射仪研究了合金化过程中的相变行为.结果表明,Fe40Ni40Si20经36h球磨可形成αFe(bcc)和γFe(fcc)两相混合固溶体,继续球磨,过饱和α相逐渐分解并向γ相转化,72h后可得单相γFe过饱和固溶体.Fe40Co40Si20经36h可得αFe过饱和固溶体,继续球磨未发现新相生成.     

Ge_(12) TM团簇的几何结构和电子特性的研究

基于全电子的密度泛函理论对Ge_(12)TM(TM=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn)团簇基态结构和电子性质进行了系统地研究,分析和讨论了基态结构的稳定性、电子特性及磁特性。研究结果表明:随着3d过渡金属原子序数的增加,过渡金属原子趋于占据Ge_(12)笼的中心位置;计算得到了Ge_(12)Mn团簇的新的稳态构型;Ge_(12)Ni相对于其他原子掺杂的团簇具有较强的结构稳定性;在磁性方面,Ti,Cr,Fe,Ni,Zn发生了自旋磁矩的淬灭,自旋磁矩变为零,Sc,V,Mn,Co,Cu原子仍具有磁性,其中Mn原子的磁性最强,约为2μB,这些原子相对应的团簇的自旋磁矩都相同皆为1μB。     

Fe1-xCox合金电子结构和磁性的理论研究

Fe1-xCox合金的磁性强烈依赖于合金的结构以及合金中Fe、Co的含量．该文从第一性原理出发,应用线性缀加平面波(LAPW)的方法,计算了Co含量分别在x=0．00,0．25,0．50,0．75,1．00时合金的电子结构和磁性．随着x值的增大,合金中原子总的平均磁矩和Fe原子的平均磁矩都呈现出先增加后减小的趋势,而Co原子磁矩在不同成分下基本保持不变．计算结果和试验结果较好地解释了Fe1-xCox合金的磁学性质．     

机械合金化工艺对Fe-Ni合金显微结构的影响

对机械合金化制备的Fe-Ni粉体利用X射线衍射(XRD)进行分析，得到了不同Ni含量和不同球磨时间Fe-Ni纳米晶的XRD谱．实验表明，w(Ni)=10％和20％时，Ni溶入Fe晶格，分别在球磨20h和50h后形成单一的a(bcc)相；w(Ni)=50％时，其先后经历了γ(fcc)→←a(bcc)正逆转变，在球磨120h后最终形成单一γ(fcc)相．无论是a(bcc)相还是γ(fcc)相．它们的固溶度均比块体Fe-Ni合金显著提高．w(Ni)=35％时，则始终是两相共存．对试样的XRD谱采用3种不同的方法测定了Fe-Ni粉体的晶粒尺寸和显微畸变，发现经球磨20h后，不同Ni含量的粉体均呈纳米结构，并随球磨时间延长，Fe-Ni纳米晶的晶粒尺寸下降而显微畸变上升．     

金属Fe/Cu超晶格的结构和磁性

用真空双源蒸镀法成功地制备了金属Fe/Cu磁性超晶格,对Fe/Cu超品格的结构和磁性进行了研究.在Fe/Cu超晶格中,Fe、Cu通过形变来实现共格匹配,其晶体结构与Fe、Cu层的厚度比有关.在Fe层较薄时出现fcc结构的Fe层,fcc Fe呈铁磁性但其磁性比bcc Fe弱.在Cu层厚度小于20时,近邻Fe层之间发生交换耦合,这种交换耦合解释为R、K、K、Y相互作用.     

基于第一性原理计算Co基尖晶石MCo2O4(M=Fe,Mn, Cu,Ni)磁性和电性

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理对Co基尖晶石氧化物MCo₂O₄(M=Mn, Fe, Ni, Cu)的电子结构和磁学性质进行了计算，得出Co基尖晶石氧化物的稳定结构，总结了这些化合物呈正尖晶石和反尖晶石分布时的电子结构和磁构型.比较计算CoFe₂O₄和FeCo₂O₄发现改变阳离子的分布会影响材料的电学性质，通过研究得出，Co基尖晶石氧化物结构为正尖晶石的材料都具备铁磁性，结构为反尖晶石的材料都具备亚铁磁性.     

Fe-Ni合金中相能量的修正嵌入原子法计算

运用修正岩入原子法（MEAM）系统地研究了Fe-Ni合金中，面心立方和体心立方两种结构的有序和无序相能量，在用MEAM计算无序的相能量时，引入原子占据某一阵点的几率与成分的等同关系，计算结果表明，α（bcc)和γ（fcc)两种无序相在347℃时平衡原子分数分别为8．6％Ni和31．5％Ni，与相图基本符合，基于3种有序相的能量计算，可预期FeNi3最稳定，FeNi次之，而Fe3Ni最不稳定，这与文献报道的实验结果相符。     

MSn10(M=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni)团簇的稳定性和磁性研究

采用密度泛函理论(density functional theory,DFT)中的广义梯度近似(generalized gradient approximation,GGA)对Sn11团簇的4种同分异构体(对称性分别为D5h,D5d,D4h,D4d)的几何结构、电子结构计算研究,得出对称性为D5d的团簇最稳定.将Sn11团簇的中心原子替换成过渡金属原子成为MSn10(M=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni)团簇,对其稳定性和磁性进行了分析.在Sn11团簇中将中心原子替换成过渡金属原子后,束缚能都变小了,说明过渡金属原子的替换提高了原锡团簇的稳定性,其中NiSn10团簇的束缚能最小,稳定性最强.过渡金属原子都具有一定的磁性,当把这些原子掺入锡团簇后,过渡金属原子的磁性都有所减弱,其中MSn10(M=Sc,Ti,V,Ni)团簇的磁性完全消失,其原因在于掺杂后,团簇中各原子的电荷分布发生了变化.     

高温稀土永磁合金Sm2(Co,Cu,Fe,Zr)17

利用粉末冶金的方法研制了3种成分为Sm(Cobal Fe0.24 Cu0.08 Zr0.027)70,Sm(Cobal Fe0.27 Cu0.05 Zr0.027)7.0,Sm(Cobal Fe0.36 Cu0.05 Zr0.026)7.0的高温永磁合金,并对其磁性能、温度稳定性和显微结构进行了分析.研究结果表明常温时,3种永磁合金都具有较高的磁性能,其中,合金样品Sm(Cobal Fe0.27 Cu0.05 Zr0.027)7.0的内禀矫顽力(2 165.6kA.m-1)和磁能积(212.0 kA.m-3)最大;200℃时,3种合金的磁性能降低,但仍具有较大值;增加Co和Fe的含量,可提高材料的剩磁,当Zr的含量较大时,合金的矫顽力较高;3种磁体的温度系数都较低,最高使用温度均在400℃以上,大大高于一般商用磁体的使用温度;增加Sm,Co,Cu的含量和减少Fe的含量可以提高材料的温度稳定性;合金中含有Sm2(Co,Fe)17主相、Sm(Co,Cu)5相、Zr的化合物等;Sm(Co,Cu)5相、单质Zr、晶粒边界等钉扎畴壁,使合金具有较高的矫顽力.     

ZnO第一性原理计算中两种赝势方法之比较

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,应用两种赝势(US-PP和PAW)对纤锌矿结构ZnO晶体结构参数进行研究,计算发现两种赝势的计算结果对不同的领域各有其特点。本文解释了不同赝势导致的结果差异的原因,并给出了第一性原理计算的若干结果。