氨基硼烷低温电子结构和动力学的第一性原理研究

采用基本第一性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法,研究并计算了低温相正交结构的氨基硼烷(NH3BH3)的晶格参数,电子结构,动力学性质.能带结构显示它是一种间接带隙的绝缘体材料,禁带宽度为5.7eV;从电子总态密度和分波态密度图中,可以分析出原子在不同能量范围,其价电子的相互作用情况；最后,利用群论和线性响应理论,分析和计算出了氨基硼烷的声子振动表示,并分析和归属了其Γ点的振动频率和振动模式,与其他的实验已经标示的振动频率对比,并预测了一些未观测到的频率值.     

第一性原理声子色散曲线计算误差评估——1维原子链模型

声子色散曲线的计算是研究固体材料晶格振动动力学的重要内容.由于边界条件的影响,声子频率的计算在布里渊区边界会产生一定误差.以1维原子链模型在简谐近似条件下的声子色散关系的解析解为参照,对第一性原理方法计算的声子色散曲线进行评估,重点考察布里渊区边界声子频率的误差,进而对色散关系、热力学参量等的计算误差进行分析.研究结果表明:基于密度泛函理论计算的晶格动力学具有较好的可信度.     

六硼化钇纳米粒子超导及光吸收性能研究

采用固相烧结法成功制备出了六硼化钇(YB_6)纳米粒子,首次系统研究了该纳米粉末超导及光吸收性能。结果表明,当超导转变温度T_c=2.75 K时由正常态转变为超导态,其临界磁场为H_(c 2)=0.18 T。为进一步研究YB_6纳米粒子电-声子相互作用机理,采用拉曼光谱对声子振动频率进行了测量,结合McMillan公式计算出YB_6纳米粒子电-声子作用常数为λ=0.63,该值远小于单晶块体YB_6的1.01。为进一步解释其原因,采用高分辨透射电镜对晶体缺陷进行了详细表征。结果发现,晶体缺陷导致其声子振动频率的改变,从而降低了纳米YB_6电-声子相互作用常数。光吸收结果表明YB_6纳米粒子吸收谷波长为785 nm,对可见光具有很强的穿透性。     

薄圆柱形纳米管中低激发态的局域声子态密度

应用解析方法,得到了薄圆柱体管近似纳米管在扭转、呼吸和弯曲等模式下的本征值和本征函数.分别计算了3种模式下低激发态的声子局域态密度张量,得到了其解析表达式.结果表明:扭转模式只对φ方向的态密度张量有贡献,呼吸模式和弯曲模式所对应的太密度张量截断频率均为C0/R.     

BiFeO3陶瓷的光学性质的第一性原理研究

运用第一性原理中的密度泛函理论理论及平面波赝势法,对斜六方相的BiFeO3的电子结构、态密度及光学性质进行了计算.结果表明,在可见光范围内,当入射光波长处于390～410 nm波段时,吸收效果最好,这与实验上发现光电流最强的入射光波段相一致.此时对应的电子跃迁是从O 2p(向上)态的占据轨道向Fe 3d(向下)态的空轨道跃迁.     

六方HfB_2晶体的弹性和热力学性质的第一性原理计算

【目的】研究六方二硼化铪(HfB_2)晶体的弹性和热力学性质。【方法】基于密度泛函理论,运用广义梯度近似超软赝势平面波方法,对六方HfB_2晶体的结构进行了几何优化。在压强0~200GPa范围内,对六方HfB_2的弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量随压强的关系进行了第一性原理计算。在零压下,运用模守恒赝势下的有限位移理论计算了六方HfB_2晶体的声子色散关系。根据准谐德拜近似,由声子态密度计算六方HfB_2的焓、熵、自由能和等容热容随温度的变化关系。【结果】当压强为0时,C11=606.70GPa,C12=100.29GPa,C13=141.72GPa,C33=480.01GPa,C44=272.40GPa,BH=272.70GPa,GH=244.09GPa,EH=564.00GPa,vH=0.115,且所有弹性常量随着外加压强的增大而增大。【结论】0~200GPa范围内晶体结构稳定,无相变发生。在零压下,由声子色散关系得到的带隙为3.36×1012Hz;焓与熵随温度升高而增大,自由能随温度增加而减小;等容热容随温度的升高而增大,逐渐趋近经典极限值。     

六方HfB2晶体的弹性和热力学性质的第一性原理计算

【目的】研究六方二硼化铪(HfB2)晶体的弹性和热力学性质。【方法】基于密度泛函理论,运用广义梯度近似超软赝势平面波方法,对六方 HfB2晶体的结构进行了几何优化。在压强0~200GPa范围内,对六方 HfB2的弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量随压强的关系进行了第一性原理计算。在零压下,运用模守恒赝势下的有限位移理论计算了六方HfB2晶体的声子色散关系。根据准谐德拜近似,由声子态密度计算六方 HfB2的焓、熵、自由能和等容热容随温度的变化关系。【结果】当压强为0时,C11=606.70GPa,C12=100.29GPa,C13=141.72GPa,C33=480.01GPa,C44=272.40GPa,BH=272.70GPa,GH=244.09GPa,EH=564.00GPa,vH=0.115,且所有弹性常量随着外加压强的增大而增大。【结论】0~200GPa范围内晶体结构稳定,无相变发生。在零压下,由声子色散关系得到的带隙为3.36×1012Hz;焓与熵随温度升高而增大,自由能随温度增加而减小;等容热容随温度的升高而增大,逐渐趋近经典极限值。
     

石墨烯电子结构和声子谱的第一性原理计算研究

基于密度泛函理论和密度泛函微扰理论框架,采用模守恒赝势和局域密度泛函近似,计算石墨烯的电子结构和声子谱.发现石墨烯是一带隙为零的半导体,在Dirac点附近的态密度来源于C原子pz轨道;掺杂后第一布里渊区的费米面由位于Dirac点处的点变为围绕Dirac点的弧形,与角分辨光电子谱实验所得到的掺杂情况下的费米面相符.声子谱计算结果表明,石墨烯布里渊区中心的声子谱有三个光学支和三个声学支,计算得到的具有拉曼活性的声子频率与拉曼光谱实验结果相近.     

纤锌矿GaN/Alx Ga1-xN量子阱中界面声子模对极化子能量的影响

采用Lee-Low-Pines变分法研究了纤锌矿GaN/AlxGa1-xN量子阱中极化子能量和电子-声子相互作用对极化子能量的影响.理论计算中考虑了定域体声子模和界面声子模的作用,同时考虑了它们的各向异性.给出极化子基态能量、第1激发态能量、跃迁能量(第1激发态到基态),以及电子-声子相互作用对能量的贡献随量子阱宽度和深度(组分)变化的数值结果.为了定性分析和对比还给出了闪锌矿量子阱中的相对应结果.计算结果表明:阱宽较小时界面声子对极化子能量的贡献大于定域声子,阱宽较大时界面声子的贡献小于定域声子.纤锌矿结构中声子对能量的贡献大于闪锌矿结构中的相应值.GaN/AlxGa1-xN量子阱中声子对能量的贡献比GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中的相应值大得多,当阱宽为20nm时,电子-声子相互作用能分别约等于-35,-2.5 meV.     

第一性原理研究高温高压下TiB2的物理性质

采用第一原理方法计算TiB_2在高温高压下的物理性质.对结构参数、弹性常数、体积模量、能带结构、声子色散、热力学性质等进行了密度泛函理论计算.计算结果与其他实验和理论计算值吻合较好.通过对E-V曲线、声子色散曲线和态密度(DOS)的分析,证明TiB_2是机械稳定的.用B/G和泊松比的两种方法判断TiB_2为脆性材料.在准谐振德拜模型的基础上,计算分析了德拜温度Θ和热膨胀系数对温度和压强的依赖.并从不同压强下定容比热容随温度变化的曲线图中得出,在T=1300 K以后,c_V无限靠近Dulong-Petit极限.通过分析电子态密度,发现TiB_2具有金属性,并且随着压强的增大费米能级处峰值降低,赝能隙变宽,非局域化加大,共价键作用增强,从而也证明了晶体结构的稳定性.     

CsI高压超导电性的第一性原理

利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法计算了高压下CsI的电子能带结构、 电子态密度、 声子谱、 声子态密度以及电子和声子的相互作用, 探讨了CsI在高压下产生超导电性的物理机制. 研究表明, CsI层内的光学振动模式与电子之间的强耦合作用是CsI产生超导电性的主要原因.     

GaAS_xP_(1-x)混晶长波光学声子

本文用REI(random-element-isodisplacement)模型(随机元素等位移型),计算GaAS_XP_(1-x)混晶长波横光学声子频率。而且,在MREI(modified random—element—isodisplacement)模型基础上,利用纵模的经验关系,计算长波纵光学声子频率。计算结果给出的GaAS_XP_(1-X)混晶全组分X的光学声子频率理论曲线与实验值符合。     

BiFeO_3陶瓷的光学性质的第一性原理研究（英文）

运用第一性原理中的密度泛函理论理论及平面波赝势法,对斜六方相的BiFeO3的电子结构、态密度及光学性质进行了计算。结果表明,在可见光范围内,当入射光波长处于390~410nm波段时,吸收效果最好,这与实验上发现光电流最强的入射光波段相一致。此时对应的电子跃迁是从O 2p(向上)态的占据轨道向Fe 3d(向下)态的空轨道跃迁。     

MgB2薄膜的超导电性

采用平面波赝势方法计算了MgB2超导薄膜的电子结构.结果发现,表面层B(S)在费米能级处的态密度显著增强.在线性响应的密度泛函微扰理论框架下计算了MgB2薄膜的动力学性质及电-声子相互作用,分析了MgB2超导薄膜在Γ点的振动模的频率.结果发现,MgB2薄膜中的声子存在软化现象,并且声子的软化提高了电-声子相互作用,从而增强了薄膜的超导电性.     

光泵远红外激光的频率稳定性与泵浦的关系

本文利用六能级量子系统密度矩阵方程的解析解,分析计算了光泵远红外激光的频率稳定性以及双光子吸收增强三光子共振激射的频率稳定性与泵浦激光质量的关系;比较深入地讨论了AC Stark 效应对远红外激光频率稳定性的影响.     

铁基超导材料FeTe0.5Se0.5的第一性原理研究

采用第一性原理计算了FeTe0.5Se0.5在两种不同结构模型下的电子结构、晶格动力学以及电声子相互作用.结果表明:用两种结构模型计算得到的电子结构大致相同,费米面附近的态密度主要来自Fe d电子的贡献.对两种模型我们根据不可约表示分析了Γ点的光学模频率,并给出了声子谱及声子态密度.用模型1和模型2计算得到的电声子耦合常数λ分别为0.20和0.22,都非常弱,无法解释实验上较高的超导转变温度.因此,超导材料FeTe0.5Se0.5和其他的铁基超导材料一样,都不属于常规的电声子耦合超导材料.     

体横光学声子双模性对纤锌矿Al_xGa_(1-x)N量子阱中光学声子的影响

本文采用介电连续模型讨论纤锌矿Alx Ga1?x N的体横光学(TO)声子双模性对其量子阱中光学声子的影响.首先,给出Alx Ga1?x N中TO声子的频率的二次多项式拟合公式,在组分x=0和x=1时,使TO声子频率可回归至GaN和AlN情形.进而,分析Alx Ga1?x N含频介电函数随组分的变化.结果显示TO声子频率的单模或双模性将影响单个或两个共振频率下的含频介电函数;最后,以AlN/Alx Ga1?x N/AlN量子阱为例,计算界面和局域光学声子色散关系和声子静电势的影响.结果表明,纤锌矿Alx Ga1?x N的TO声子双模性在量子阱光学声子以及相关的理论计算中是不可忽略的.     

密度对一维铝/硅橡胶声子晶体低频带隙的调控

选用金属材料铝和非金属材料硅橡胶,设计出一维铝/硅橡胶声子晶体结构.采用固体物理学中的集中质量法,基于MATLAB编程计算该声子晶体的能带结构.通过单一改变结构中材料铝的密度或者单一改变材料硅橡胶的密度,寻找单一材料密度变化对结构第1带隙的影响规律.结果表明：一维铝/硅橡胶声子晶体的第1带隙起始频率较低为30.6994 Hz,第1带隙带宽为45.479 Hz;当增大结构中两种组合材料的密度差值,可调节结构获得相对的低频、宽带带隙.研究结论可应用于低频率振动控制器件的设计.     

FeMnP0.67Ga0.33化合物相稳定性的第一性原理研究

用密度泛函理论为基础的投影缀加波方法、VASP程序包为工具,研究了Ga原子占据1b、2c晶位时六方相和正交相FeMnP_(0.67)Ga_(0.33)化合物的相稳定性和力学性质。计算结果表明无论六方还是正交相中Ga原子优先占据2c(对应正交相的8e)晶位,且Ga占2c(或者8e,统称Ga-2c)时体系的能量显著低于Ga占1b的情况,因此Ga原子无序占位的可能性很小。Ga-2c的六方相和正交相均满足热力学稳定条件、力学稳定条件和动力学稳定性条件,并且两相的基态能量非常接近。0K时正交相为基态,计入晶格振动和热电子激发对自由能的贡献后,温度高于215K时六方相更为稳定。Ga-2c六方相具有良好的力学性能,而Ga-2c正交相呈明显的脆性。     

压力下Si/Ge超晶格热电材料的声子谱和群速度

利用面心立方模型和晶格动力学理论计算了Si/Ge超晶格材料的纵向(z)和横向(x)声学声子谱,用半解析的方法计算了声学声子传播的群速度.计算结果表明,纵向声子谱有简并的现象,横向声子谱没有简并,在布里渊区的中心和边界,纵向和横向声子的群速度几乎减小为零.引入流体静力学压力并修正应变存在时的力常数,研究了应变对超晶格材料声子谱和群速度的影响,结果表明,静压使声学声子的频率系统性上升,使声学声子的群速度明显增大.