镍原子链磁性质的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的第一原理方法,研究了自由空间中的一维镍原子链的结构稳定性和电子性质.计算结果发现,镍的线性和平面之字型一维链式结构和体金属镍一样,基态都表现出铁磁性,并且从三维的金属镍到二维平面之字型结构链再到一维线性原子链,体系磁性逐渐增强.通过对两种原子链态密度的分析发现,在低维状态下镍原子链不管是直线链还是之字型结构都有很高的自旋极化率,说明一维镍原子链在自旋电子器件方面有潜在的应用前景.     

YbB6晶体结构、物态方程、弹性和热学性质的第一性原理计算

基于第一性原理的密度泛函理论及准谐德拜模型, 研究了YbB6的晶体结构、状态方程(EOS)、弹性性质和热学性质. 计算得到的YbB6晶体晶格常数、体弹模量、弹性常数和实验符合得很好. 状态方程的研究结果显示, 压强和温度对YbB6晶体体积的影响都非常显著, 在高温和低压下, 压强对YbB6晶体体积的影响比在低温和低压大. 在讨论的压强和温度范围内, 压强对YbB6晶体的体弹模量的影响要比温度的影响大. 弹性常数及与弹性相关量的计算结果显示, 在零温零压下, YbB6晶体结构是稳定的, 具有延展性, 是中心力场固体. 计算的定压、定体热容及热膨胀系数的结果表明, 压强对YbB6晶体的热容和热膨胀系数的影响比温度的影响小.     

Al-Li系统性质的第一原理计算(英文)

用第一原理方法对铝、锂及铝锂二元系统金属间化合物的稳定和亚稳相的原子体积、弹性性质及形成焓等热力学性质进行了计算,结果表明:计算的平均原子体积略大于实验值,计算的体积模量与已有的实验值符合得比较好,对铝锂系统来说,计算的体积模量随锂的浓度的增加单调下降.对铝锂系统的稳定和亚稳定相的形成焓的计算表明,最稳定相为B32结构的Al-Li金属间化合物.     

RAgSb2金属间化合物的第一性原理研究

本文从理论计算的角度研究RAgSb_2(R=La-Sm,Gd-Er)合金的部分物理性质,为解释这些化合物的奇特物理性质提供理论依据。采用第一性原理计算方法研究RAgSb_2化合物的结构、机械性能、声子以及热力学性质。根据Birch-Murnagha方程拟合结果,发现LaAgSb_2无磁性,其余合金均表现磁有序,其中除了CeAgSb_2和GdAgSb_2外,其余的RAgSb_2合金的反铁磁态能量低于铁磁态。这些化合物的结合能计算数值均为负值,说明它们具有稳定的结构。而弹性模量的计算结果表明这些化合物具有稳定的机械性能。根据泊松比和B/G值,可以证实GdAgSb_2合金和TbAgSb_2合金具有韧性,而其余的合金表现为脆性。声子谱的计算结果显示这些合金具有稳定的热力学性质,其热容CV随着温度的升高,在低温下急剧增加并与T~3成正比,在较高温度下缓慢增加并趋向于Dulong-Petit极限,高温下的热容接近47.5cal·cell~(-1)·K~(-1)。     

镁铝尖晶石声子色散关系及热力学性质的第一性原理研究

镁铝尖晶石是地幔和类地行星中常见的氧化物类矿物．高温高压实验表明尖晶石的高压相可以存在于从地壳到下地幔广泛的深度范围内．作为含铝矿物的端元组分,尖晶石可能是地幔中铝元素的主要富集矿物．尖晶石的高压相还可能是俯冲大洋板块的主要组成物质．获得尖晶石的热力学性质为计算尖晶石的相变奠定了基础,为通过地震波解释地幔结构提供了理论依据．本文利用冻结声子法计算了镁铝尖晶石的声子色散关系和常压下的各种热力学性质．首先,用基于密度泛函理论的从头计算方法计算绝对零度下平衡体积的晶体结构．然后,通过构建超晶胞并对超晶胞内的原子进行微小的位移获得原子力,利用原子力来构造力常数矩阵,进一步构造动力学矩阵,将温度扩展为有限温度,计算出尖晶石的声子色散关系．最后,根据准谐近似理论得到常压下的各种热力学性质．第一布里渊区中心的声子振动频率与红外、拉曼光谱的实验数据相吻合．各种热力学性质,标准熵、等压热容和热膨胀系数与实验值相吻合．     

结渣初始层沉积物热力学性质的第一性原理计算

为了解煤灰在洁净的水冷壁附近选择性沉积的微观机理,以及进一步解决复杂的结渣问题,采用第一性原理(first-principles)的超软赝势平面波方法,对Al2O3、SiO2、和Fe2O3的电子结构、热力学性质进行了计算;结构优化,使这3种矿物质达到最稳定的结构,并计算出这3种矿物质的电子结构、晶胞参数;根据声子谱态密度方法,得出这3种矿物质的温熵积、焓、吉布斯自由能及比定压热容;由相关的数据拟合图像.     

高压下黄铜矿CuInS2的电子结构、弹性参数、热学和电学性质的第一性研究

采用第一性原理方法,研究了高压下黄铜矿半导体CuInS2的电子结构、弹性参数、热学和电学性质.研究结果表明CuInS2是直接能隙半导体,其能隙值随着压强的增大而增大,能隙随压强变化的一阶系数值为54.31 meV/GPa;其弹性参数满足高压下的机械稳定性的条件,并且材料的韧性随着压强的增加而增强. 基于弹性参数计算了体系的德拜温度和最小热导率,德拜温度随着压强的增大而逐渐减小,而最小热导率随着压强的增加而增大. 通过对塞贝克系数和功率因子比弛豫时间的研究,发现增加压强和调节载流子的浓度可以改善CuInS2的电学性能.     

CeAuGa3的力学性质及磁性的第一性原理计算

本文基于第一性原理计算研究了铈基金属间化合物CeAuGa3的结构性质与力学稳定性,获得了弹性常数、宏观弹性参数（包括体弹模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比）以及声子色散曲线,结果表明I4mm结构不仅力学稳定,且动力学稳定.通过计算铈离子之间的自旋交换相互作用,我们分析了CeAuGa3几种可能的有序自旋态,并发现该材料的基态可能是铁磁结构.位于ab面内的第一近邻和第二近邻的正（铁磁）交换耦合起主导作用,而位于相邻平面的铈离子之间的第三近邻铁磁相互作用则非常微弱.     

Ge-Ⅲ亚稳相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方法研究了Ge-Ⅲ亚稳相的电子结构和光学性质。Ge-Ⅲ相晶体是一种直接带隙半导体(带隙为0.46 eV)。对光学函数的计算表明,Ge-Ⅲ相晶体是一种具有高介电常数和高折射率的晶体。其静介电常数ε1(0)和静态折射率n(0)分别为33.9和5.82,大于相应的Ge-Ⅰ相晶体的值(16和4.0)。光子能量在2.38~14.9 eV(等离子体能量Ep)范围内,ε1(ω)<0,整个晶体显示金属性;在高频透明区(能量大于Ep),ε1(ω)>0,显示介电性。从光吸收谱上看,Ge-Ⅲ相晶体的主要光吸收区位于整个可见光及部分紫外光谱区,在能量为4.51eV处达到最大值2.77×105cm1。Ge-Ⅲ相晶体的透过率在0~0.46eV范围可达0.5,表明它可作为一种红外光学材料。在高能区(大于14.9 eV),反射率随能量的增加而骤减,透过率随能量的增加急剧增大,整个晶体表现出紫外透过的特征。能量损失谱上只有一个特征峰位于14.9 eV,对应于Ge-Ⅲ相晶体的等离子体能量。     

Cu/Al共掺ZnO光学性质的第一性原理计算

利用Material Studio2017软件中基于密度泛函理论的CASTEP模块,仿真建立2×2×2的ZnO超晶胞,在相同情况下用不同比例的Cu/Al(Cu-Al、2Cu-Al和Cu-2Al)替换超晶胞中的Zn原子,得到Zn1-x-y Cux Aly O体系,对本征ZnO和各掺杂体系ZnO的电子结构和光学性质进行了第...     

B2-CuRE物理性质的第一性原理计算

【目的】对17个B2-CuRE的热力学性质、力学性质、电子结构特性以及相关的热物理性质进行研究,为材料的设计和开发提供参考。【方法】利用基于密度泛函的第一性原理计算B2-CuRE(RE=Sc,Y,La-Lu)的能量、弹性常数以及电子结构特性。【结果】计算获得的晶格常数、形成焓、体积模量以及弹性常数和实验值吻合,高的B/G比表明B2-CuRE具有很好的延性。【结论】电子结构的计算可以阐明B2-CuRE的成键机制。B2-CuRE具有很好的延性。     

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。     

压强下TaB2力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赝势平面波方法,在广义梯度近似下运用纯理论计算方法得到TaB2的晶格常数、弹性模量、切变模量和泊松比等力学参数,研究了TaB2在不同压强下的弹性常数、体弹模量和态密度.结果表明:随着压强的增加,TaB2的弹性常数和体弹模量随之增加,而相对晶格常数和相对体积则随着压强的增加而减小;在一定压强下,TaB2沿着c轴方向的压缩性要比a轴方向的大.依据Bardeen-Cooper-Schrieffer超导理论,TaB2在其费米能级处的态密度值随着压强的增加而降低,说明它的超导转变温度Tc随着压强的增加而降低.     

First-principles calculations of the β′-Mg<Subscript>7</Subscript>Gd precipitate in Mg-Gd binary alloys

The metastable β’ phase is often the most effective hardening precipitate in Mg-Gd based alloys.In this paper,the structural,elastic and electronic properties of the recently identified β’-Mg7Gd precipitate in Mg-Gd binary alloys were investigated using first-principles calculations based on density functional theory.The lattice mismatches between the coherent β’-Mg7Gd precipitate and α-Mg matrix are discussed and used to rationalize the experimentally observed morphology of the precipitate.The mechanical properties were investigated through analysis of the single-crystal elastic constants and the polycrystalline elastic moduli.It is found that β’-Mg7Gd is brittle in nature.Strong covalent bonding in β’-Mg7Gd,as inferred from its electronic structure,further explains its mechanical properties.Our theoretical results show good agreement with experimental measurements.     

First-principles comprehensive study of electronic and mechanical properties of novel uranium hydrides at different pressures

The systematic investigation on the U-H binary system up to 300 GPa has been performed by means of firstprinciples calculations in combination with the variable-composition evolutionary algorithm.Twenty uranium hydrides,including UH_x(x=1,2,3,4,5,6,7,8,9,17),U_2 H_y(y=3,5,7,13,15,17),U_3 H_8,U_3 H_(10),U4 H5 and U_4 H_9 have been found under different pressures.Besides thirteen compounds that are in nice agreement with previously reported structural search,new uranium hydrides in terms of the derived convex hull of the formation enthalpies have also been found in the present investigation.These seven novel compounds including CmcmUH_3, Fmmm-UH_4,R3 m-U_2 H_7,Pm-U_2 H_(15), Cm-U_3 H_8,C_2-U_4 H_9 and C2/m-U_4 H_5, are found to be dynamically and thermodynamically stable,and their stable pressure range has been determined.At last,the electronic and mechanical properties of these seven novel structures have further been calculated.     

RE2Ti3Si4(RE=Gd,Tb,Dy,Ho和Er)物理性质的第一性原理研究

【目的】对RE2Ti3Si4(RE=Gd,Tb,Dy,Ho和Er)的物理性能进行研究。【方法】利用基于密度泛函的第一性原理方法对RE2Ti3Si4(RE=Gd,Tb,Dy,Ho和Er)的结构性质、电子结构、力学以及热力学性质进行计算。对RE2Ti3Si4单晶的弹性常数,多晶的体积模量、剪切模量和杨氏模量都进行了计算。利用准谐的德拜模型计算获得了体积模量、比热熔和热膨胀系数随着温度和压强的变化,并进行了相关的讨论。【结果】RE2Ti3Si4的晶格常数计算值和实验值吻合较好。【结论】形成焓的计算值随着稀土元素原子序数的增加而呈现微小的下降趋势,这表明化合物的稳定性随着原子序数的增加而加强。电子态密度显示在费米能级之下,Ti-3d和RE-5d的态密度有着很强的杂化现象。     

基于第一性原理的Mg2Sn和Mg2Ge半导体热力学性质研究

目的 计算Mg2Sn和Mg2Ge半导体热力学性质.方法 采用基于第一性原理的赝势平面波方法.结果 计算了Mg2Sn和Mg2Ge的等容比热、德拜温度等热力学性质并确定了声子色散曲线,计算结果可以和实验值很好的符合.结论 采用第一性原理研究材料的宏观和微观性质是合理可信的计算方法.