硼化铑晶格动力学性质的第一性原理计算

本文基于密度泛函理论,采用全势能线性叠加平面波方法对六方相硼化铑晶体的晶格动力学性质进行了第一性原理计算,预测了六方相硼化铑的声子谱和对应的声子分波态密度以及简约布里渊区高对称方向所对应的声子频率值,并对声子频率值进行了红外—拉曼指认.计算结果与可利用的理论计算值以及实验值符合的很好.     

CdHg(SCN)_4晶体的热容及激光损伤机制研究

采用密度泛函微扰理论(DFPT)和模守恒贋势方法,研究了CdHg(SCN)4(CMTC)晶体的声子态密度和声子色散谱.采用第一布里渊区的特殊点取样方法,计算了CMTC晶体的比热容,所得结果与实验结果相符.研究了脉冲激光辐照时晶体光损伤的物理机制,结果表明,增大晶体的热容量可提高晶体激光损伤阀值.     

Yb∶YAG晶体光谱的温度特性

通过测量不同温度下Yb∶YAG晶体的吸收光谱和低温光谱发现,即使在低温下,Yb∶YAG晶体也具有非常丰富的吸收带和发射带,这主要是由于Yb的4 f电子所受屏蔽较少,易于与周围晶格产生较强的相互作用,并且YAG基质有非常丰富的声子振动峰,当两个Strak能级的间隔与晶格声子振动能量相匹配时,一个强的振动结构就会出现.Yb∶YAG晶体低温下的选择激发荧光光谱进一步表明了Yb3+离子强的电子-声子耦合作用的存在.这种作用也导致了Yb∶YAG晶体零声子线的温度展宽和线移.当温度从8 K升温到300 K时,零声子线从6.3 cm-1展宽到42 cm-1.随温度升高,零声子线逐渐红移,300 K时,零声子线相对于8K时向长波移动了约8 cm-1.     

Yb:YAG晶体光谱的温度特性

通过测量不同温度下Yb：YAG晶体的吸收光谱和低温光谱发现,即使在低温下,Yb：YAG晶体也具有非常丰富的吸收带和发射带,这主要是由于Yb的4f电子所受屏蔽较少,易于与周围晶格产生较强的相互作用,并且YAG基质有非常丰富的声子振动峰,当两个Strak能级的间隔与晶格声子振动能量相匹配时,一个强的振动结构就会出现．Yb：YAG晶体低温下的选择激发荧光光谱进一步表明了Yb^3＋离子强的电子一声子耦合作用的存在．这种作用也导致了Yb：YAG晶体零声子线的温度展宽和线移．当温度从8K升温到300K时,零声子线从6．3cm^-1展宽到42cm^-1．随温度升高,零声子线逐渐红移,300K时,零声子线相对于8K时向长波移动了约8cm^-1．     

VO2金属-绝缘结构相变第一性原理研究

基于密度泛函理论和密度泛函微扰理论的第一性原理计算了R相和M1相VO2的电子能带结构和声子色散关系.计算发现：R相VO2的金属性主要来自于未满的t2g轨道中能量最低的3条轨道,当温度低于340 K时,由于V原子链的二聚化和扭曲作用使M1相中的2条t2g轨道降至费米能级以下,从而使M1相表现出半导体特性;在VO2的声子色散谱中沿ΓM和ΓZ方向出现了明显的声子软模,导致这一软模出现的原因是晶体中的电-声相互作用;因此,电-声相互作用是导致VO2金属-绝缘结构相变的直接原因.     

VO2金属-绝缘结构相变第一性原理研究

基于密度泛函理论和密度泛函微扰理论的第一性原理计算了R相和M1相VO2的电子能带结构和声子色散关系.计算发现:R相VO2的金属性主要来自于未满的t2g轨道中能量最低的3条轨道,当温度低于340 K时,由于V原子链的二聚化和扭曲作用使M1相中的2条t2g轨道降至费米能级以下,从而使M1相表现出半导体特性;在VO2的声子色散谱中沿ΓM和ΓZ方向出现了明显的声子软模,导致这一软模出现的原因是晶体中的电-声相互作用;因此,电-声相互作用是导致VO2金属-绝缘结构相变的直接原因.     

一维铝/铅匀直杆状声子晶体带隙特性分析

通过单一改变组分材料铝或者铅的密度,以及单一改变晶格常数的取值来调节一维铝/铅匀直杆状声子晶体的带隙分布情况.结果表明:该声子晶体中,当单一增大每种材料的密度时,散射体与基体材料的密度差值增大,其入射波散射就更为强烈,也就越容易产生低频带隙;当单一增大声子晶体的晶格常数,即增加复合结构的长度时,入射波散射得就越多,透射波就越来越少,该声子晶体带隙便呈现出向低频率区域靠近的特性.     

准晶体的电子比热(英)

计算了10次准晶体Al-Cu-Co;;Al-Cu-Li和二十面体准晶Al-Mn-Si在0～1180K温度范围的电子比热;;发现这些准晶体的电子比热随温度增加近似线性地增加;;但其比热曲线的陡度随费米能级附近的态密度变化而发生较大变化.当电子态密度在费米能级附近的值较大时;;电子比热曲线的斜率较大.如:10次准晶Al-Cu-Co;;当温度到达1000K时;;电子比热为0.2209kB/atom;;很明显;;此时电子比热不能忽略;;讨论了这些准晶体中电子的化学势与温度的关系;;发现其化学势随温度增加而增加;;这一点准晶体与晶体材料完全不同.     

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.     

新型超导体材料MgB2的电子结构随压强的变化关系

根据密度泛函理论运用全势能线性muffin-tin轨道（FP－LMTO：full-potential linear-muffin-tin-orbital)方法计算了不同压强下MgB2晶格常数发生变化时的电子结构的变化情况，得出态密度的倒数与临界温度的自然对数成线性关系，符合BCS理论，从而进一步证实了MgB2的超导机制为电一声子耦合BCS机制。     

新型超导体材料MgB_2的电子结构随压强的变化关系

根据密度泛函理论运用全势能线性muffin tin轨道 (FP LMTO :full potentiallinear muffin tin orbital)方法计算了不同压强下MgB2 晶格常数发生变化时的电子结构的变化情况 ,得出态密度的倒数与临界温度的自然对数成线性关系 ,符合BCS理论 ,从而进一步证实了MgB2 的超导机制为电—声子耦合BCS机制     

分析材料参数对二维固/固声子晶体能带结构的影响

应用平面波展开法(PWE)分析了材料参数对二维固/固声子晶体能带结构的影响,发现散射体的剪切模量和密度是影响声子晶体能带结构的主要因素,杨氏模量对声子晶体能带结构的影响极小.当散射体的剪切模量小于基体时,声子晶体出现了多条带隙;反之声子晶体的带隙在填充率较大时出现,且与基体的剪切模量差值越大,声子晶体的带隙越宽.当散射体的密度小于基体时,只有在填充率较大时出现带隙且极窄;反之,声子晶体出现了多条带隙.继而采用钨、铍、碳、硅四种材料设计二维声子晶体,计算结果与上述推论颇为吻合,这为设计声子晶体在选材方面提供了理论依据.     

二维固-固Suzuki晶格声子晶体薄板弯曲振动特性的研究

利用有限元法计算了二维Suzuki晶格声子晶体薄板弯曲振动的带隙结构及传输特性,讨论了填充率、板厚对Suzuki晶格声子晶体板带隙的影响.计算结果表明:Suzuki晶格声子晶体薄板存在振动带隙,即在散射体密度较大时,5000Hz以下存在一个完全带隙、多个方向带隙;Suzuki晶格声子晶体板带隙宽度随着板厚的增大而加宽,随着填充率的增大带隙宽度先增大后减小.     

准晶体的电子比热

计算了10次准晶体Al-Cu-Co，Al-Cu-Li和二十面体准晶Al-Mn-Si在0～1180K温度范围的电子比热，发现这些准晶体的电子比热随温度增加近似线性地增加，但其比热曲线的陡度随费米能级附近的态密度变化而发生较大变化。当电子态密度在费米能级附近的值较大时，电子比热曲线的斜率较大。如：10次准晶Al-Cu-Co，当温度到达1000K时，电子比热为0．2209kB／atom，很明显，此时电子比热不能忽略，讨论了这些准晶体中电子的化学势与温度的关系，发现其化学势随温度增加而增加，这一点准晶体与晶体材料完全不同。     

一维声子晶体的振动特性研究

利用平面波展开法计算了6种不同材料组分的一维杆状结构声子晶体振动带隙,分别讨论了晶格的尺寸大小、两种复合材料的组分比以及材料的密度等对声子晶体振动带隙频宽的影响.结果表明:在晶体的晶格尺寸大小、两种复合材料(金属和非金属)的组分比不变的情况下,振动的第一带隙的初始频率随着金属密度的增大而减小,截止频率基本不变;当所选材料的组分比不变时,随着晶格尺寸的增大,一维二组元复合声子晶体的振动带隙的初始频率及截止频率减小,同时带隙的频宽也随之减小;而当材料组分比小于1时即所选金属材料的份数小于非金属时,随着金属材料量的增大,振动带隙的初始频率及截止频率减小,从而带隙的频宽也减小;而当材料组分比大于1时即金属材料的份数大于非金属时,振动带隙的初始频率增大,截止频率减小,以及带隙的频宽也随之减小.     

基于1维石灰岩/硅橡胶声子晶体的振动控制研究

采用集中质量法计算了1维石灰岩/硅橡胶杆状声子晶体的带隙情况,系统分析了该声子晶体模型的结构参数和材料参数对带隙的调控规律.研究表明:结构的晶格常数增大时,带隙频率趋向低频率区域,带隙宽度变窄;增大两种材料的密度差值,或者增大两种材料的弹性模量差值,能够获得低频、宽带带隙;调节硅橡胶的厚度或组份比t也可以获得低频、宽带带隙,当t=0.426时,第1,第2带隙的起止频率下降到中、低频率1kHz以内;材料的泊松比变化对带隙影响可以忽略.总体而言,1维2组元石灰岩/硅橡胶杆状声子晶体具有中、低频率段的禁带特征,通过调节其相关参数可以实现不同的振动控制要求,对利用该声子晶体制备中、低频率段的弹性波/声波滤波振动控制器件具有一定的理论意义.     

金红石型TiO2结构随温度变化的分子动力学模拟

常压下,采用经典离子晶体相互作用势模型,并进行量子化修正,对金红石型TiO2结构随温度变化进行分子动力学模拟,计算了键长、键角、均方位移、特征(110)面分布函数及TiO6八面体结构随温度变化特性.模拟结果表明,当温度由300 K升至1 800 K时,TiO2中阴、阳离子振动偏离原来的平衡位置,均方位移逐渐增加,形成晶体的热膨胀;尤其在温度高于1 000 K时,TiO2体系中Ti-O键、键角、均方位移等特征参数出现较明显的变化,特征晶面(110)及八面体构型出现扭曲,精细结构在一定程度上受到破坏,晶体的无序度逐渐增大,呈现出短程有序、长程无序的高温非晶结构特征,这些模拟结果与相关实验结果基本一致.     

弹性地基上的二维声子晶体薄板振动特性研究

弹性地基板在工程中有着广泛应用,控制和消除其振动的问题一直为人们所关注.声子晶体的弹性波禁带特性为弹性地基板的减振隔振和振动控制提供了一种新思路.利用大型商业软件ABAQUS分别计算了有无弹性地基作用的二维声子晶体薄板的频率响应,并进行了对比分析.结果显示,弹性地基的存在使得二维声子晶体薄板在频响分析的低频阶段产生了一个振动带隙,同时较高频率处的带隙范围与无地基情形时相比向高频移动.     

耦合强度和磁场对光学极化子平均声子数的影响

应用线性组合算符和幺正变换方法,研究磁场和耦合强度对光学极化子平均声子数的影响.数值计算表明：当电子接近晶体表面时,趋于弱耦合极限,光学极化子的平均声子数为零;当电子远离晶体表面时,振动频率和平均声子数均与磁场强度及耦合参数有关,且随磁场强度和耦合参数的变化而变化.     

等截面一维声子晶体角梁结构振动特性

为了进一步探索声子晶体结构独特的振动带隙特性,挖掘其潜在的工程应用价值,基于回传射线矩阵计算法,对等截面一维声子晶体角梁结构对于轴向波的振动特性进行研究.完成了结构模型建立、坐标变换、描述单元相位关系及节点散射关系,得出传播矩阵,并且与有限元法计算结果进行对比,证明其理论分析以及数值计算的正确性.研究结果表明,回传射线矩阵法应用于声子晶体振动特性计算的可靠性强.通过相应的频率响应函数曲线之间的差异,可得各参数对声子晶体角梁振动特性的影响及相应规律,为工程减震相关研究提供参考.