新型立方碳的第一性原理研究

利用最新的粒子群优化算法,发现一种新型立方碳结构(命名为sc-C20,a=4.886(A)),并对其性质及可能的合成方法进行了研究.在常压下sc-C20可以亚稳存在,当压力超过100 GPa时,sc-C20比石墨稳定,表明其通过高压手段合成的可能性.通过对比晶格常数和晶面间距,发现sc-C20与实验合成的a=4.86 (A)的i-碳结构相吻合,表明sc-C20有可能通过化学手段合成.电子能带结构计算表明sc-C20为宽带隙(4.20 eV)半导体型碳,并且随着压力升高带隙呈现增大的趋势,sc-C20带隙的大小及变化规律与金刚石相似.sc-C20的体积模量和剪切模量很高,维氏硬度为94.4 GPa,与立方金刚石硬度相当.强度计算表明sc-C20抗拉强度的各向异性较弱,其中＜lll＞方向的抗拉强度最高,为96.4 GPa.     

Mg-Zn-Mn合金中二元相的第一性原理计算

为了研究Mg-Zn-Mn合金的结构稳定性与电子结构,运用基于密度泛函理论的第一性原理方法,采用Materials Studio软件中的Castep模块,分析了Mg-Zn-Mn合金系MgZn_2、MnZn_3和MnZn这3种金属间化合物的结合能、电子态密度、电子占据数及布局结构。结合能的计算结果表明在3种金属间化合物中MnZn具有最强的相结构稳定性。通过电子态密度、电子占据数和电子布局数计算结果分析,3种结构的离子键强弱顺序依次是MnZn、MgZn_2、MnZn_3,而MnZn_3比MgZn_2更稳定的原因是其拥有更强的共价键。     

Ⅱ～Ⅵ族半导体团簇的第一性原理研究

本文介绍了Ⅱ～Ⅵ族半导体团簇或量子点CdSe、CdS、HgTe、CdTe目前国内外理论方面的研究进展,主要阐述了应用第一性原理方法对这几种团簇研究情况,如在原子数小于22时基态结构的特点及结合能和能隙对尺寸的变化关系等。并指出CdSe、CdS、HgTe、CdTe等团簇潜在的应用价值。     

硅基半导体光电子材料的第一性原理设计

具有特定功能的半导体材料的计算设计，是计算材料科学的一个重要研究领域．由于半导体的诸多性质取决于价带顶和导带底的电子态及其中的载流子分布，因此带隙的大小和能带极值的对称性便成为半导体材料设计最受关注的问题．为了进一步解决硅基光电子集成（OEIC）技术发展的瓶颈．设计具有直接带隙特性的硅基新材料并使其成为有效的光发射体，是一项富有挑战性的工作．本文在分析大量半导体能带结构的基础上，给出类sp系列半导体由间接带隙过渡到直接带隙的主要物理机制，并以对称性概念、芯态效应和电负性差效应为基础，提出一种新的直接带隙半导体材料设计方案．根据这个方案所表达的设计思想，我们对当前十分受关注的硅基光发射材料进行了计算设计．结果发现，用VI族元素在硅生长时进行周期性插层的、具有正交和四角点群对称性的人工微结构材料VIA／Sim／VIB／Sim／VIA具有直接带隙特性．其中当m=5或奇数时，材料有四角结构对称性，而m=6或偶数时是正交结构对称性．VI“。。是在〈001〉生长方向生长的单层VI族元素．这类材料的优点在于可自然地与硅实现晶格匹配，与微电子技术相兼容，并可较容易的用现行的MBE、MOCVD或UHV-CVD生长方法实现．预期这类新材料及其相应器件的研制开发．将大大开拓全硅OEIC和硅光子集成（PIC）技术的进一步发展．     

ZnO基稀磁半导体的第一性原理研究进展

综述了ZnO基稀磁半导体的应用意义及其近些年以来的研究进展。从晶体结构、材料的第一性原理研究现状和待解决的问题几个方面阐述了以ZnO基稀磁半导体的基本特点,并展望了今后的研究重点及发展方向。     

磷掺杂半导体单壁碳纳米管电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了掺磷(P)单壁碳纳米管(SWCNT)的电子结构性质.结果表明,引入掺杂原子可显著改变SWCNT费米能级附近的能带结构,掺杂SWCNT的电子态密度(DOS)向低能端移动,其最高分子占据轨道(HOMO)与最低分子非占据轨道(LUMO)间的能隙减小,掺杂的磷原子比碳原子多出的电子更容易从价带向导带跃迁.     

黄铜矿半导体DMS的第一原理计算

为了寻找新的高Tc的稀磁半导体(DMS)，利用自旋局域密度泛函的第一性原理对3d过渡金属(TM=Ⅴ、Cr、Mn、Fe、Co或Ni)掺杂的Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ2(CdGeP2和ZnGeP2)以及Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2(CuGaS2和CuGaSe2)黄铜矿半导体的电磁性质进行系统计算．结果发现：Ⅴ或Cr掺杂的Ⅱ-Ⅳ-V2将出现铁磁(FM)状态，而Mn、Fe或Co掺杂的Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ2将出现反铁磁(AFM)状态，Ni掺杂时，DMS的磁性非常不稳定；在TM掺杂的Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2的DMS中，Cr、Mn掺杂的CuGaS2和CuGaSe3将表现为FM状态，而当V、Fe、Co或Ni掺杂时，Cu(Ga，TM)S2和Cu(Ga，TM)Se2则表现了AFM性质．Cr掺杂的Ⅰ-Ⅳ-Ⅴ2以及Ⅰ-Ⅳ-Ⅵ3黄铜矿半导体将可能出现较高的居里温度(Tc)。     

新型超硬材料BC2N的第一性原理研究

应用基于粒子群优化算法的卡里普索（CALYPSO）晶体结构预测方法, 我们发现了一种新型的具有四方结构的BC2N的同素异形体, 空间群为I4/MMM. 利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对该新型BC2N结构的电子能带结构、 态密度、 以及弹性性质展开了深入的研究. 计算结果发现： 此BC2N结构动力学稳定, 并且具有较大的体弹模量 (3544 GPa) 和剪切模量 (3755 GPa); 同时, 理论计算还表明该结构是一个带隙宽度为216 eV的直接带隙半导体, 其维氏硬度值可达到656 GPa. 因此, BC2N有望成为一种潜在的新型超硬材料和发光材料. 本工作将为人们探索新型的超硬材料提供一定的理论依据.     

新型超硬材料I-4碳的第一性原理研究

应用基于粒子群优化算法的卡里普索(CALYPSO)晶体结构预测方法 ,发现了一种新型的具有四方结构的C的同素异形体,空间群为I-4,将其命名为I-4碳.利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对I-4碳的电子能带结构、电子态密度、声子谱、弹性常数以及体弹模量进行研究.计算结果发现:I-4碳动力学稳定,并且具有较大的体弹模量(432.12 GPa)和剪切模量(488.46 GPa);同时,从理论上算出其维氏硬度值可达到83.35 GPa.计算结果表明:I-4碳有望成为一种潜在的超硬材料.     

新型全Heusler合金Cu2WAl的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了新型全Heusler合金Cu_2WAl的结构和弹性性能。结果表明:在无磁与铁磁性两种状态下,该全Heusler合金Cu_2MnAl型结构的能量低于其Hg2CuTi型结构,其中Cu_2MnAl型结构在铁磁态下的能量低于其无磁态;铁磁态下Cu_2MnAl型Cu_2WAl全Heusler合金的弹性常数不满足Born弹性稳定性准则,从而不能以稳态形式存在。     

新型二维碳材料net-Y光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究方法,对新型二维碳材料(单层net-Y)的光学性质进行了研究.基于反射、吸收、折射和介电函数等数据分析了单层net-Y的光学性质.计算结果表明:在E_x、E_y和E_z这3个方向极化下,单层net-Y的复介电函数、复折射函数、吸收系数等光学性质表现出显著的各向异性.光学性质研究表明:该材料在整体光区具有极不敏感的光反射性质,且在紫外光区具有高吸光系数以及在能量频率为10.0 eV处具有极低的消光系数.此外, 与其他波段的光相比,在E_y极化下单层net-Y对黄光有更强的光折射响应.     

Ta-C化合物物理性质的第一性原理研究

【目的】难熔金属碳化物具有优异的物理化学性能,可在众多领域中广泛使用。【方法】利用基于密度泛函的第一性原理方法对Ta-C二元体系中的TaC、Ta_2C、Ta_4C_33个金属间化合物的热力学、力学性质以及电子结构进行计算研究。【结果】本研究晶格常数计算值和实验值一致,形成焓以及弹性常数计算值和其他理论值吻合。弹性模量计算值表明TaC具有最高的体积模量、剪切模量和杨氏模量,也即其脆性最大;而Ta_2C各个模量最小,其延展性最大。电子结构和电荷密度差显示Ta的d态电子和C的p态电子有杂化的现象,并且Ta-C之间呈现离子键特征。利用德拜模型得到了3个化合物在高温高压下的热物理性质,随着温度的增加,体积模量减小,而热容以及热膨胀系数增大,其中热容在1 000K以上变化越来越小,最后接近杜隆-珀蒂极限值。随着压强的增加,体积模量增大,而热容和热膨胀系数减小。【结论】在3个化合物中,TaC的强度最高,脆性最大,而Ta_2C的强度最低,延展性最好。     

亚硝酸钠光学性质的第一性原理研究

为了更好地理解亚硝酸钠在铁电相和顺电相间光学性质的差异，计算了它的介电虚部ε2(ω)、光吸收系数I(ω)及反射系数R(ω)．ε2(ω)、I(ω)和R(ω)的计算结果表明，亚硝酸钠是一种各向异性比较明显的材料，并且其光学性质在铁电相中要比在顺电相中具有更高的各向异性．     

CsSnI3稳定性的第一性原理研究

采用基于密度泛函的第一性原理方法,比较了CsSnI3四种不同结构(α、β、γ 和Y相)的本征稳定性,并进一步研究了H2O分子的插入对两个室温相(γ 和Y相)的影响.计算结果表明,在0 K下 γ 和Y相具有相对较低的总能量;将一个H2O分子插入到 γ 和Y相超胞中的插入能分别为-0.52和1.10 eV,表明 γ 相钙钛...     

稀土光谱参量的第一性原理研究

稀土离子光谱的参量化理论在目前及可预见的将来仍是精确解释和预言稀土发光材料光谱性质的唯一可行的理论,但其预言能力在没有实验数据的前提下因难以确定参量值而在应用上受到很大限制.人们先后尝试用参量的唯象模型方法或直接采用第一性原理进行光谱计算来解决,仅取得了有限的成功.参量化理论 (及其唯象模型) 和第一性原理计算相结合是...     

高岭土表面吸水的第一性原理研究

根据第一性原理计算方法,对粘土矿物中的高岭石表面吸水进行研究,研究结果表明,高岭石具有羟基的表面更于吸附水分子且更为稳定,而且吸附水分子越多越不稳定,我们的研究结果对理解高岭石吸水性能起到一定的指导作用。     

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．     

CdS团簇的第一性原理研究

本文探究了（CdS）。团簇的基态结构、结合能及能隙随尺寸的变化关系,指出n=6,12是（cds）。团簇的幻数,原因在于该团簇具有较高的结合能和能隙。另一方面,通过对其基态结构的分析发现n=6,12时该团簇有较高的对称性,形成一个稳定的笼型结构,有利于稳定性的加强。基于密度泛函理论的第一性原理为我们提供微观世界的信息开辟了有效的途径。     

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.     

高压下Bi的第一性原理研究

利用晶体结构预测软件USPEX找到了一种Bi的高压稳定相C4,其空间群是： .采用投影缀加平面波方法和广义梯度近似的第一性原理计算,研究了该新结构和Bi 的A7 结构、高压下的单斜结构（Bi-Ⅱ相）、Host-guest 结构（Bi-Ⅲ相）和bcc结构（Bi-Ⅴ相）在不同压强下的压缩行为.拟合出了状态方程,得到各相之间的能量压力关系,进而分析了各相发生相变时的压强.对比发现：常压下C4 结构与bcc 结构的能量非常接近,前者仅仅比后者低10 3 eV/atom.随着压强的升高,发现在50 GPa时C4 结构比bcc结构的能量低10 2eV/atom.运用基于密度泛函微扰理论的赝势平面波方法的ESPRESSO 软件包,计算了C4 结构与bcc 结构在10 GPa压强下的电声耦合常数,从而推算出两者相应的超导转变温度分别是5.8K和7.4K.另外发现两者随着压强的升高而均呈现降低的趋势,在50 GPa时, C4 结构与bcc 结构的分别是1.5 K和1.8 K.