Ti,Mn,Fe掺杂的GaN纳米管的电子结构及磁学性质

采用基于自旋极化密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,结合广义梯度近似(GGA)研究了3d过渡金属(TM=Ti,Mn,Fe)掺杂的zigzag型单壁GaN纳米管的电子结构及磁学性质.结果表明,Ti,Mn掺杂的GaN纳米管呈现反铁磁性,而Fe掺杂的单壁GaN纳米管则表现出铁磁性.同时从态密度的分析可以看出,过渡金属的3d电子与跟它最近邻的N原子的2p电子具有强烈的杂化作用,这是体系具有磁性的原因.     

第一性原理计算锐钛矿（101）面的电子结构

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法计算了锐钛矿（101）表面的电子结构．首先对锐钛矿完整（101）表面模型进行结构优化,在此基础上计算了电子结构,得到了能带结构和态密度等数据．结果分析表明表面的电子结构与体相基本相同,在完整表面上没有出现表面态,驰豫后完整的锐钛矿（101）表面是稳定的,表面价带主要由O2p组成,导带主要由Ti3d组成,表面导带态密度变窄导致表面能隙比体相能隙略增大．通过表面原子局域态密度和Mulliken净电荷的分析,推测O2c、O3c、Ti5c可能是活性位置．     

团簇Ti3B2自旋密度及磁性

采用密度泛函理论,在B3LYP/Lanl2DZ水平下,对团簇Ti3B2进行全参数优化计算。通过分析团簇Ti3B2的自旋密度分布及各轨道态密度发现:构型1(3)原子的自旋密度分布均匀,内部原子间成键强弱均匀,对称性好,稳定性最好;Ti原子为体系中未成对电子的主要贡献者;构型1(3)和2(5)中,p轨道对未成对电子的贡献较大,不可忽略;各轨道中未成对电子主要是由Ti-3d轨道贡献且其对团簇磁性起主要贡献作用。     

团簇Co3MoS磁学性质分析

为了探究Co-Mo-S体系磁性产生的作用机理,构造团簇Co3 MoS模型对Co-Mo-S体系的局域结构进行模拟,以密度泛函理论为基础,在B3LYP/Lanl2dz水平下,利用Gaussian09软件对团簇Co3 MoS的磁学性质进行运算分析.具体通过对团簇Co3 MoS的成单电子数、自旋布居数、磁矩、自旋密度差图、轨道态密度图这5个方面进行分析实现.对团簇Co3 MoS的成单电子数、自旋布居数和态密度图分析发现,在d轨道上成单电子剩余和分布较多,并且在态密度图中d轨道在低能量和中能量区对称性相比s,p轨道较差,因而d轨道是磁性的主要贡献轨道,s和p轨道相比对团簇磁性贡献较小;对自旋磁矩和电子自旋密度差图分析发现,金属原子Co和Mo的磁矩变化幅度较大,并且自旋密度皆有剩余,因此Co和Mo是团簇内产生磁性的主要原子;从整体来看,非金属原子S对磁性影响不大.     

5d过渡金属二氮化物的第一性原理研究

基于密度泛函理论平面波赝势的第一性原理方法,对5d过渡金属TM(包含Hf,Ta,W,Re,Os,Ir,Pt,Au元素)二氮化物TMN2的晶格常数、电子结构和力学性能进行了计算。计算结果表明,5d周期纯金属中Os具有最大的体弹性模量和剪切模量;构成的二氮化物中PtN2具有较高的体弹性模量和稳定结构,是可能的超硬材料;态密度分析表明,过渡金属原子的5d轨道与氮原子的2p轨道之间发生了强烈的杂化现象,二者之间形成了共价键。     

团簇Ti3Al3的电子性质及催化活性

通过拓扑学原理设计空间构型,运用密度泛函理论,将团簇Ti_3Al_3的构型在B3LYP/lanl2dz水平下进行优化计算,最终得到11种优化构型。从HOMO、LUMO角度分析发现,过渡金属Ti在多数情况下是团簇Ti_3Al_3前线轨道的主要贡献者,是潜在的活性位点,但不排除在少数情况下金属原子Al做出贡献,成为活性位点。从各构型的态密度图分析得到,团簇Ti_3Al_3作为催化剂具有较强的接受电子的能力,但同时也具有一定的提供电子的能力,说明团簇Ti_3Al_3是优良的催化剂。从电子性质角度分析,Ti原子的3d、4s、4p轨道,Al原子的3s、3p轨道均参加了成键作用。构型6(2)中Ti原子的4p轨道参与成键作用的比例很高,较为活跃,容易发生化学反应。     

团簇Co3MoS电子性质密度泛函分析

为了探究微观状态下,团簇Co3MoS内部电子的变化情况及其流动机理,在B3LYP泛函高水平条件下,采用Lanl2DZ基组对团簇Co3MoS的电子性质进行了分析.优化分析后得到8种稳定构型,其中二重态和四重态各4种,含有四棱锥型、三角双锥型、单帽三角锥型3种形态.通过对团簇Co3MoS的电荷、布居数、原子及原子间的电子自旋密度和自旋密度图进行分析,可以得到:金属原子Co和Mo一般作为电子供体,非金属原子S一般作为电子受体,金属原子的存在对构型内部电子流动的贡献最大;团簇Co3MoS各原子主要由p轨道接受电子,s轨道提供电子,d轨道较为复杂,既有构型接受电子又有构型提供电子;α电子和β电子的分布情况对构型的稳定性会有一定的影响.     

镍修饰二氧化钛（100）表面的电子结构

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法计算了锐钛矿（100）表面及镍修饰的电子结构.首先对（100）清洁表面及镍修饰表面模型进行结构优化,然后计算了电子结构及吸附能.分析结果表明：表面原子有较明显的驰豫和键型变异;表面的电子结构与体相基本相同,没有出现表面态;（100）表面价带主要由O2p、Ti3d组成,导带主要由Ti3d组成.镍与表面氧原子之间存在较强的化学吸附;镍修饰后,形成了Schottky能垒,在禁带中出现了杂质能级.     

理论研究半金属TiB2的电子结构和光学特性

为了系统地分析半金属TiB₂的能带结构及光学特性，采用密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法，计算分析了TiB₂的电子结构及光学特性。能带结构表明TiB₂具有直接带隙宽度为0.388 eV的半金属材料，在费米能级附近，态密度的价带主要由Ti的3p价电子和B的2p价电子起作用，导带由Ti的3d价电子起主要贡献。从获得的光学特性参数发现在光子能量为0.73 eV处，Ti的4s3p和B的2p电子发生共振，复介电函数的峰值主要出现在低能区，材料对紫外光的最大吸收系数为4.03×10⁵cm^-1。本研究得到的光学特性参数在光电子器件、微电子和紫外探测器等制作方面有着较好的参考作用。     

La_(1-x)Ca_xMnO_3的电子结构与磁有序研究

采用DV-Xa分子轨道法计算了不同掺杂浓度的立方结构钙钛矿La_(1-x)Ca_xMnO_3体系的电子结构,分析了体系磁电特性随钙浓度变化的特征.结果表明:自旋相关的锰3d—氧2p轨道杂化出现在整个体系中.未掺杂体系具有金属型导电性,费米能级处多数自旋子带的态密度高于少数子带.随着掺杂浓度的提高,体系发生金属-半金属相变.与此同时,锰离子磁矩单调降低,与3d带自旋交换劈裂的变化规律一致.掺杂的钙提高了锰3d和氧2p电子波函数的交迭,加强了Mn-O-Mn超交换作用,使CaMnO3呈现G型反铁磁态.LaMnO_3中锰3d和氧2p波函数的交迭最弱,呈铁磁有序.     

准周期光子晶体的态密度

本文研究了准晶光子晶体的局域态密度和全态密度.结果表明,准晶光子晶体的局域态密度分布具有和准晶光子晶体完全相同的对称性,带隙内光子晶体中的态密度很小,不同的准晶光子晶体的局域态密度随介电材料的占空比的变化是不同的,这对构造准晶光子晶体是非常重要的.准晶光子晶体的全态密度所显示的带隙和透过率显示的带隙的一致性表明准晶光子晶体在某种程度上是各向同性的.     

4d过渡金属在L10-TiAl中占位的第一原理研究

采用第一原理赝势平面波方法研究了TiAl-X(X为4d过渡金属)超胞合金体系的几何、能量与电子结构。通过对Ti7Al8X与Ti8Al7X超胞的合金形成能的计算、比较与分析发现:合金化元素的外层电子数,特别是外层的d电子数对其在L10-TiAl合金中的占位有非常明显的影响,d电子数较少的前过渡金属Y,Zr,Nb和Mo主要优先占据Ti原子位,而d电子数较多甚至是满d壳层的Rh,Pd,Ag和Cd则主要优先占据Al原子位。而介于这两种情况中间的Tc和Ru合金化元素,表现出微弱的趋势,分别偏重占据Ti原子位和Al原子位。通过合金化元素价电子态密度图的变化,较好地解释了4d过渡金属在L10-TiAl合金中的占位规律。     

用第一性原理研究Heusler合金Ni2MnAl的电子结构、 |压力响应及柔和四方变形

运用基于密度泛函理论第一性原理的投影扩充波函数（PAW）方法, 计算了化学计量Ni₂MnAl的晶体结构、 磁性、 电子结构、 压力响应以及柔和四方变形.  结果表明:  在Ni₂MnAl的总磁矩中, Mn原子对总磁矩的贡献最大; 在Ni₂MnAl的总态密度中, 低能部分主要由Al-s的投影态密度决定, 高能部分主要由Ni-d,Mn-d和Al-p的投影态密度决定; Ni和Mn原子间存在较强的键合, Al的p态和Mn的d态存在与自旋相关的杂化; 在Ni₂MnAl的四方变形中,  0.95＜c/a＜1.10内存在一个变化平缓的能量面.     

SCB2的高压结构和电子性质的密度泛函计算

本论文用广义梯度近似(GGA)密度泛函方法研究了具有AlB2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。另外还成功的计算了高压下ScB2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。     

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.     

Cs2NaMF6:Fe3+ (M=Al,Ga)体系局域结构理论研究

构建了d5组态离子在三角晶体场中包含电子—电子间库仑相互作用、自旋—轨道耦合相互作用及配位体相互作用的完全能量矩阵,通过对角化完全能量矩阵研究了过渡金属Fe3↓离子掺杂Cs2 NaMF6(M=Al,Ga)体系的局域晶格结构.得到了Cs2 NaMF6:Fe3+(M=Al、Ga)体系中局域结构参量,对Cs2 NaAlF6:...     

BC2N纳米管的电子态和电学性质

采用ROHF对BC2N纳米管进行构型全优化,并用密度泛函理论的DFT/ROB3LYP方法计算了BC2N纳米管的电子态分布.根据其分子轨道能量数据、电子态分布曲线和成键电子云密度分布图形,研究讨论了掺入硼氮对碳纳米管导电性的影响,并与碳纳米管和硼氮纳米管作了比较.     

LaMnO_3的电子结构研究

采用密度泛函对LaMnO3超晶格的电子结构进行了计算.计算结果表明Jahn-Teller畸变对LaMnO3反铁磁基态的获得至关重要,这与理论预期相一致.然而,eg轨道和t2g轨道能级的分离则主要取决于锰氧八面体的倾斜,而不依赖于材料中是否存在Jahn-Teller畸变.     

Visualizing pair formation on the atomic scale in the high-Tc superconductor Bi2Sr2CaCu2O8+delta

Pairing of electrons in conventional superconductors occurs at the superconducting transition temperature T(c), creating an energy gap Delta in the electronic density of states (DOS). In the high-T(c) superconductors, a partial gap in the DOS exists for a range of temperatures above T(c) (ref. 2). A key question is whether the gap in the DOS above T(c) is associated with pairing, and what determines the temperature at which incoherent pairs form. Here we report the first spatially resolved measurements of gap formation in a high-T(c) superconductor, measured on Bi2Sr2CaCu2O8+delta samples with different T(c) values (hole concentration of 0.12 to 0.22) using scanning tunnelling microscopy. Over a wide range of doping from 0.16 to 0.22 we find that pairing gaps nucleate in nanoscale regions above T(c). These regions proliferate as the temperature is lowered, resulting in a spatial distribution of gap sizes in the superconducting state. Despite the inhomogeneity, we find that every pairing gap develops locally at a temperature T(p), following the relation 2Delta/k(B)T(p) = 7.9 +/- 0.5. At very low doping (< or =0.14), systematic changes in the DOS indicate the presence of another phenomenon, which is unrelated and perhaps competes with electron pairing. Our observation of nanometre-sized pairing regions provides the missing microscopic basis for understanding recent reports of fluctuating superconducting response above T(c) in hole-doped high-T(c) copper oxide superconductors.