第一性原理研究Mg(16-x)Tix(x=1-16)合金的晶体结构和力学性质

设计力学性能良好的新型镁钛合金对于促进汽车工业、固态储氢材料以及生物复合材料具有重要的意义. 本文基于第一性原理计算, 以能量为判据, 筛选出了Mg(16-x)Tix(x=1~16)每个组分下最稳定的晶体结构, 同时通过形成能、声子谱以及弹性常数对相对稳定的Mg15Ti1, Mg2Ti2, Mg1Ti15晶体结构进行了详细的研究. 研究结果表明镁钛合金是不相溶的, 形成的结构均为亚稳态结构且是热力学稳定的, 此外钛含量的增加有利于增加镁钛合金的硬度以及延展性, 这与实验结果一致, 但是会降低共价键的强度.     

稀磁半导体Cr_xMn_(1-x)Te的第一性原理计算

根据CrTe和MnTe各种结构的稳定性,选取具有NiAs结构、岩盐结构和闪锌矿结构的CrTe为基本骨架,以Mn原子替换Cr原子形成掺杂的稀磁半导体CrxMn1-xTe.使用基于密度泛函理论的VASP软件包,计算其形成能、态密度和磁矩,并比较不同x值对性能的影响.结果表明,掺杂后3种结构的稳定性为NiAs结构岩盐结构闪锌矿结构;Mn原子掺杂NiAs结构后,NiAs结构发生向闪锌矿结构的相变,对闪锌矿结构掺杂未发生相变;3种结构的磁矩均随Mn原子的增多而增大.     

第一性原理计算nc-TiN/a-BN纳米复合超硬薄膜界面结构

利用第一性原理赝势波方法研究了nc-TiN/a-BN纳米复合超硬薄膜的37个理论界面构型的相对稳定性.计算结果表明,在富氮环境下,最稳定界面构型为top-top-BN构型,此时界面处的B原子只与周围N原子成键,为四面体配位.在贫氮环境下,最稳定界面构型为TiB2构型.     

基于第一性原理计算Stone-Wales石墨烯的光学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了一种新型二维材料Stone-Wales(SW)石墨烯的光学性质。基于介电函数,反射谱和吸收谱等参数对其进行研究。结果显示这种狄拉克碳材料的光学性质在不同极化光下都表现出强各向异性。介电函数实部表明其静态介电常数大,这说明该材料具有很多可利用的自由载流子,所以具有优良的导电性,可作为新一代纳米电子器件的候选材料。此外,吸收光谱和反射光谱表明了SW石墨烯在全光谱区内具有比较敏感的光谱响应,这说明该材料在光电子器件领域非常具有应用前景。     

基于第一性原理的碳纳米管热输运的计算

基于第一性原理的密度泛函理论方法对碳纳米管结构进行优化,计算出原子间的力常数.在此基础上,计算碳纳米管的声子色散关系,并且利用量子非平衡格林函数方法研究碳纳米管的热导.计算结果表明:随着碳纳米管管径的增大,碳纳米管的声子透射系数和热导均增大;然而对于碳纳米管平均单位面积热导,发现在低温区和高温区具有显著不同的性质:在低温区,不同手征类型的碳纳米管热导几乎接近;在高温区,锯齿型碳纳米管的单位面积热导随着管径的增大而增大,而扶手型碳纳米管的单位面积热导几乎不随管径的变化而变化.     

多铁材料BiNi_xFe_(1-x)O_3(x=0～0.5)磁性的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算多铁材料BiNi_xFe_(1-x)O_3(x=0,0.125,0.167,0.25,0.5)各晶体结构的电子性质.能带结构、Mulliken电荷以及自旋磁矩等计算结果表明:由Ni离子部分替代掺杂Fe离子可使体系由反铁磁有序转变为局部亚铁磁有序,晶体总自旋磁矩随Ni离子浓度的增大而增大;Ni离子掺杂明显抑制了特定位置Fe离子的磁矩,这是由于Ni-eg轨道少数自旋方向的电子态被50%占据以及Ni离子与Fe离子之间的超交换作用所致.     

基于第一性原理计算OsB_2的点阵动力学

利用基于密度泛函理论平面波赝势法的第一性原理计算,研究过渡金属化合物OsB2的点阵动力学.结果表明所有的带心光学声子模对应的原子都沿c轴方向振动,低频拉曼活性模式由重原子Os运动产生,重原子Os对电声耦合作用的贡献最大,而总的电声耦合作用较弱,说明OsB2是弱的电声耦合超导体.     

基于第一性原理计算ReB2的点阵动力学

为了研究新型超硬材料ReB2的低温超导特性,利用基于密度泛函理论平面波赝势法的第一性原理计算,研究了过渡金属化合物ReB2的点阵动力学性质,并分析了不同原子对电声耦合作用的贡献.计算结果表明,对于相同原子振动模式的频率,沿c方向振动的频率总是大于在a-b平面内振动的频率.轻原子B对电声耦合作用的贡献最大,而总的电声耦合...     

非磁性Weyl半金属第一性原理计算研究

基于WIEN2k软件,对一系列非磁性Weyl半金属进行了第一性原理计算研究,内容包括TaAs家族、WTe2与MoTe2、WP2与MoP2体系的电子态密度与能带结构.将本文结果与已发表的理论计算和实验结果进行了对比.研究表明,几个体系都在费米能级处具有较低的电子态密度,半金属性由弱到强分别为:WTe2与MoTe2、TaA...     

一般非理想Schlgl体系的相分离

在Schlogl体系中,同时引入分子相互作用和分子体积两个非理想因素后,本文对相分离现象进行了讨论.分析表明,某些均匀定态可以分叉出相分离耗散结构分支.文中分别给出了第一分支点的参数值δ_μ.     

铝锂合金调幅分解的X射线衍射研究

通过Ｘ射线衍射及ＴＥＭ研究了Ａｌ－１２．７ａｔ％Ｌｉ合金时效早期的相交，发现固溶处理状态试样的Ｘ射线衍射谱的（２００）主峰两边存在边带现象，证实了该合金相分解早期阶段存在调幅分解，且伴随着有序化和δ＇（Ａｌ３Ｌｉ）相的析出。     

具有失稳分解强化的Hall-Petch关系

对Cu30Ni25Fe合金,采用变形和热处理的方法获得了不同的晶粒度和失稳分解组织,研究了失稳分解相界对HallPetch关系的影响·结果表明,合金发生失稳分解后,其硬度和晶粒直径的关系仍符合HallPetch关系式·在各种晶粒度下失稳分解后的硬度均大于固溶态,但当分解后的两相尺寸与晶粒尺寸相比约小两个数量级时,失稳分解的相界强化作用消失·失稳分解组织的细晶硬化系数KHV值明显低于固溶态,且随失稳分解强化作用的增大而降低,这反映了失稳分解后合金的强度对晶粒大小的敏感程度降低·     

塑性变形对Cu-Ni-Fe合金失稳分解组织形态的影响

通过电子显微分析研究了塑性变形对４５Ｃｕ ３０Ｎｉ ２５Ｆｅ(原子数百分数)合金失稳分解组织形态的影响·塑性变形不仅向合金组织中引入了高密度位错,还会造成大量的孪晶·固溶处理后水淬的合金,经冷轧变形７５％后再在９００℃时效２ｈ,失稳分解组织的形态变为近等轴状·固溶处理后炉冷至７００℃、并在空冷至室温后冷轧变形８０％的试样,经６００℃时效５０ｈ后,失稳分解的组织形态由变形前的编织状也转变为等轴状·同时塑性变形能够促进失稳分解组织的不连续粗化     

Al-Zn对称成分失稳分解合金的不连续析出转变

通过显微组织和X射线衍射分析,确定了Al Zn对称成分合金在固溶处理成fcc结构单相组织后,在277℃以下发生的不连续析出转变产物形态和转变机制特征·明确了在转变的孕育期内,固溶体发生了失稳分解及随后的连续粗化;不连续析出产物为fcc结构Al基固溶体(α)和hcp结构Zn基固溶体(β)构成的片层状组织,转变的形核位置与温度有关,在200℃以下以沿晶界形核为主;转变的动力学符合Avrami方程关系,Avrami指数为2·     

ZrN的力学和热力学性质的第一性原理

利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,研究了fcc-ZrN的平衡态性质、不同压力下的弹性性质及热力学性质.通过对焓压关系、弹性性质的分析,推测fcc结构到bcc结构ZrN的相变发生在208~220GPa之间.进一步分析了fcc-ZrN在不同压力下力学的各向异性,得到了压力对ZrN力学性质的影响关系.计算分析了fcc-ZrN的热力学性质.研究结果表明:力学各向同性随压力增大明显减弱;一定温度下,热容随压力增加而减小;德拜温度随着压力增加而增大;低压区温度影响较大,高压区压力影响较大.     

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.     

一种基于第一原理的定性诊断探测法

提出了一种基于第一原理的定性诊断探测法,该方法将经验知识纳入算法中,与国际上典型的ＧＤＥ系统中的Ｓｈａｎｎｏｎ熵预测法相比更快速,简单,有效,并且对探测值与新候选的关系进行了仔细分析,利用所得结论可大大地减少诊断系统的计算时间。     

Ag在Si表面吸附的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法计算优化了Ag原子在硅惯习面Si(111)和Si（220）晶面的最佳吸附位置,并计算了Ag/Si(111)和Ag/Si(220)体系的表面吸附能和表面态电子结构．研究表明：Si基表面Ag原子的最稳定吸附居于Si(220)晶面的穴位,此时的吸附能最低,其值为5.2569eV,属于强化学吸附;同时由于在Ag/Si(220)体系中,Ag-4d轨道和表面态Si-3s、3p轨道电子的强相互作用,以及Ag-4p轨道的电子云强偏向于Si-3s、3p轨道使得体系的能隙宽度变窄,导电性急剧增大．