电子气体的宏观特性与维度的关系

本文以金属中的电子气体为例,把金属中的电子气体视为高度简并的费米气体,应用费米-狄拉克分布,从分析电子气体的能量状态出发,导出了电子气体的能级密度,费米能级和化学势;对金属中一至三维电子气体的比热、泡利顺磁性、朗道逆磁性及传导特性进行了较详细的讨论,总结出了电子气体的比热、磁化率、电导、热导及洛伦兹数的计算通式;找出了维度对这些性质的影响.     

用第一性原理研究AlCu_2Ti晶体的电子结构(英文)

用广义梯度近似密度泛函和全势能线性缀加平面波方法,研究了AlCu2Ti的电子结构.结果表明,总的态密度不仅依赖于过渡金属的位置,而且过渡金属的dDOS在价电子的杂化中起着关键作用.铝的3s态被排斥远离费米能级,铝的3p态比d态更扩展.总的态密度由铝的3p态调节,并且在电子间的相互作用中,铝的3p态比d态更敏感.特别地,AlCu2Ti表现出较平的DOS和弱的金属性.     

过渡金属氢化物PdH_(0.75)和PdH的应力和电子结构的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一原理方法计算了氢化物PdH_(0.75)和PdH的总能随原胞体积的变化关系.得出其在应力条件下的受力情况及在平衡晶格时的态密度.发现费米能级附近的态密度主要源于4d电子的贡献,而低能级范围的态密度主要源于H原子的1s电子的贡献.     

氟掺杂对碳纳米管场发射特性的影响

首先建立有限长两端开口、一端封闭、两端封闭的(5,5)型单壁碳纳米管的分子模型,采用原子替代方法得到氟掺杂结构.在此基础上,利用基于局域密度泛函理论的第一原理方法对其进行几何结构优化,再计算其结合能、费米能级和电子态密度等,从而讨论氟掺杂对三种碳纳米管场发射特性的影响.计算结果表明,掺氟后三种碳纳米管的费米能级明显升高,其中一端封闭的单壁碳纳米管的费米能级成线性增大,两端封闭的单壁碳纳米管的费米能级升幅最大,且费米能级处的电子态密度较高,说明两端封闭和一端封闭的单壁碳纳米管经氟掺杂后比两端开口的单壁碳纳米管将在场发射上有着更好的应用前景.     

Fe掺杂SiC纳米管的电子结构和磁性

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理方法,在局域自旋密度近似下,系统研究了Fe掺杂SiC纳米管电子结构和磁性.计算结果显示用Fe替代C时SiC纳米管显示反铁磁性,而Fe替代Si却出现铁磁性特征,是一种半金属磁性材料.形成能计算结果显示铁磁性结构比反铁磁性结构低3.2eV,Fe原子更容易替代Si原子,两种掺杂的基态都诱发了自旋极化现象.同时,掺杂的Fe原子都向管外发生了一定的弛豫,Fe替代C掺杂发生了较大的几何畸变,但掺杂并未破坏SiC纳米管整体几何结构.能带结构和态密度计算显示在费米能级附近出现了更多弥散的能级分布,特别是Fe替代Si出现了明显的自旋劈裂现象,发生了强烈的p-d杂化效应,自旋电子态密度的计算结果揭示磁矩主要来源于Fe原子未成对3d电子的贡献.这些结果表明过渡金属掺杂SiC纳米管也许是一种很有前途的磁性材料.     

过渡金属M(V,Cr,Mn)掺杂ZnS的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对ZnS和掺杂过渡金属V,Cr,Mn的ZnS超晶胞结构进行结构优化,计算了掺杂前后的电子结构和光学性质,对结果进行了比较分析.结果表明:掺杂系统在费米能级附近出现了不对称的现象,这部分的态密度主要由过渡金属的3d态贡献;ZnS和掺杂过渡金属V,Cr,Mn的ZnS系统的光学性质在低能区域有较大的差异,与ZnS相比,掺杂系统的吸收边发生红移.     

Sb掺SnO_2的光电性质研究

基于密度泛函理论,我们研究了掺杂浓度为12.5%时Sb掺杂SnO2的电子结构和光学性质,包括能带结构、态密度、介电函数和光学吸收谱.掺杂后的SnO2材料的导电性得到了明显的增强,具有了半金属的性质;费米能级处能带细化,介电常数和光学吸收谱具有对应关系,光学吸收谱峰值发生了蓝移.     

Sb掺SnO_2的光电性质研究

基于密度泛函理论,我们研究了掺杂浓度为12.5%时Sb掺杂SnO2的电子结构和光学性质,包括能带结构、态密度、介电函数和光学吸收谱.掺杂后的SnO2材料的导电性得到了明显的增强,具有了半金属的性质;费米能级处能带细化,介电常数和光学吸收谱具有对应关系,光学吸收谱峰值发生了蓝移.     

四元Heusler合金CrFeMnAl的结构和磁性

研究了四元Heusler合金CrFeMnAl的结构和磁性。基于密度泛函理论(DEF)的第一性原理方法,借助于Materials Studio 6.0软件,对其晶体结构进行了优化。得到的最优晶格常数为5.86(0),总磁矩为0。进行了能带结构和态密度的分析,得到如下结论:四元Heusler合金CrFeMnAl自旋向上方向费米能级附近态密度为0;自旋向下费米能级处态密度不为0,磁性主要是Cr原子3d电子分别与Fe原子3d和Mn原子的3d劈裂杂化所致,CrFeMnAl是一个半金属惠斯勒合金。     

Cr含量对Ti-V-Cr合金结构稳定性及抗腐蚀性 影响的电子结构计算

在合金体系中添加合金化元素来提高合金体系的抗腐蚀性是科学研究的重要手段之一.首先讨论了不同Cr含量下,Cr原子的分布对合金结构稳定性的影响.在此基础上,通过计算不同Cr含量的Ti-V-Cr合金体系的内聚能和形成能、费米能级和态密度,从电子层次分析Cr含量对Ti-V-Cr合金体系抗腐蚀性的影响.结果表明:随着合金体系Cr含量的增加,合金体系的内聚能升高,表明合金体系结构稳定性在降低;形成能均为负值,表明合金都稳定存在.态密度的研究表明,随着Cr含量的增加,赝能隙逐渐消失,合金体系中相邻原子间的成键作用减弱,合金体系的结构稳定性随着Cr含量的增加而降低,与内聚能的计算结果一致.态密度的研究还表明,随着Cr含量的增加,合金体系的费米能级在降低,费米能级处的总态密度值明显减小,并且态密度最大值向低能级方向移动,合金体系失电子能力减弱,有利于提高合金体系的抗腐蚀性.     

A coherent three-dimensional Fermi surface in a high-transition-temperature superconductor

All conventional metals are known to possess a three-dimensional Fermi surface, which is the locus in reciprocal space of the long-lived electronic excitations that govern their electronic properties at low temperatures. These excitations should have well-defined momenta with components in all three dimensions. The high-transition-temperature (high-T(c)) copper oxide superconductors have unusual, highly two-dimensional properties above the superconducting transition. This, coupled with a lack of unambiguous evidence for a three-dimensional Fermi surface, has led to many new and exotic models for the underlying electronic ground state. Here we report the observation of polar angular magnetoresistance oscillations in the overdoped superconductor Tl2Ba2CuO6+delta in high magnetic fields, which firmly establishes the existence of a coherent three-dimensional Fermi surface. Analysis of the oscillations reveals that at certain symmetry points, however, this surface is strictly two-dimensional. This striking form of the Fermi surface topography, long-predicted by electronic band structure calculations, provides a natural explanation for a wide range of anisotropic properties both in the normal and superconducting states. Our data reveal that, despite their extreme electrical anisotropy, the high-T(c) materials at high doping levels can be understood within a framework of conventional three-dimensional metal physics.     

费米能级之近似计算

在研究费米子系统的问题时，有一表示化学势与费米能级之间关系的近似等式：ｕ≈ｎ〔１－π＾２／１２（ｋＴ／ｕ）＾２〕。应用此式处理问题往往可使计算大为简化。本文重点讨论了该式的具体适用范围。经计算表明，对自然界已发现的金属元素的自由电子气体，直至它们的熔点以下，上式均有高度近似性，而对费米化学气体则只在极低温度时上式才成立，但那时有的气体已经液化了，文中还举例说明了应用该式处理问题的优越性。     

Hall-effect evolution across a heavy-fermion quantum critical point

A quantum critical point (QCP) develops in a material at absolute zero when a new form of order smoothly emerges in its ground state. QCPs are of great current interest because of their singular ability to influence the finite temperature properties of materials. Recently, heavy-fermion metals have played a key role in the study of antiferromagnetic QCPs. To accommodate the heavy electrons, the Fermi surface of the heavy-fermion paramagnet is larger than that of an antiferromagnet. An important unsolved question is whether the Fermi surface transformation at the QCP develops gradually, as expected if the magnetism is of spin-density-wave (SDW) type, or suddenly, as expected if the heavy electrons are abruptly localized by magnetism. Here we report measurements of the low-temperature Hall coefficient (R(H))--a measure of the Fermi surface volume--in the heavy-fermion metal YbRh2Si2 upon field-tuning it from an antiferromagnetic to a paramagnetic state. R(H) undergoes an increasingly rapid change near the QCP as the temperature is lowered, extrapolating to a sudden jump in the zero temperature limit. We interpret these results in terms of a collapse of the large Fermi surface and of the heavy-fermion state itself precisely at the QCP.     

川中丘陵土壤重金属元素潜在生态风险评价与预警

以《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)(pH>7.5)为评价标准,对四川省内江市双桥乡土壤重金属As,Cd,Cr,Cu,Hg,Ni,Pb,Zn的污染风险开展了评价工作:以一级标准(自然背景值)为计算依据,对研究区进行了土壤重金属潜在生态风险评价和生态风险预警.通过研究发现:依据国家二级标准(pH>7.5),研究区土壤重金属污染风险均处于无污染级;潜在生态风险评价结果显示,土壤较高水平的Cd在构成环境污染的同时,也构成了严重的生态危害;从生态风险预警评估综合评价指数来看,研究区的土壤重金属总体处在低警级别,但部分样点的单项风险指数级别稍高,应该加强对个别重金属的风险防治.     

Electronic and structural transitions in dense liquid sodium

At ambient conditions, the light alkali metals are free-electron-like crystals with a highly symmetric structure. However, they were found recently to exhibit unexpected complexity under pressure. It was predicted from theory--and later confirmed by experiment--that lithium and sodium undergo a sequence of symmetry-breaking transitions, driven by a Peierls mechanism, at high pressures. Measurements of the sodium melting curve have subsequently revealed an unprecedented (and still unexplained) pressure-induced drop in melting temperature from 1,000 K at 30 GPa down to room temperature at 120 GPa. Here we report results from ab initio calculations that explain the unusual melting behaviour in dense sodium. We show that molten sodium undergoes a series of pressure-induced structural and electronic transitions, analogous to those observed in solid sodium but commencing at much lower pressure in the presence of liquid disorder. As pressure is increased, liquid sodium initially evolves by assuming a more compact local structure. However, a transition to a lower-coordinated liquid takes place at a pressure of around 65 GPa, accompanied by a threefold drop in electrical conductivity. This transition is driven by the opening of a pseudogap, at the Fermi level, in the electronic density of states--an effect that has not hitherto been observed in a liquid metal. The lower-coordinated liquid emerges at high temperatures and above the stability region of a close-packed free-electron-like metal. We predict that similar exotic behaviour is possible in other materials as well.     

低维电子气的费密能量与温度的关系

在探索新型材料的过程中 ,人们发现金属材料的一系列实验现象不能由三维电子气的费密能量与温度的关系来解释 ,但它们具有明显的低维特征 ,为此 ,该文研究了低维电子气的费密能量与温度之间的关系。研究结果表明 ,在低温情况下 ,低维电子气费密能量随着温度的变化关系与三维电子气是不相同的 ,尤其在一维情况下 ,电子气费密能量的变化量随着温度的变化规律与三维时恰恰相反。     

杭州市主要地区农田土壤重金属污染评价及关联特征研究

对杭州市郊4个农田土壤中铜（Cu）、锌（Zn）、镉（Cd）、铅（Pb）含量进行测定分析,并参照不同评价方法和标准对其土壤污染状况做出评价．结果表明：蒋村土壤具有相对较高的全量及有效态Cu、Zn、Pb含量,4个地区土壤中均未有Cd的检出．单项污染指数评价表明,蒋村土壤已受到Zn的明显污染;综合污染指数评价表明,乔司和下沙的土壤为清洁水平,七堡土壤属于尚清洁水平,而蒋村土壤污染等级为轻污染,污染水平为作物已受到污染．从综合累积指数评价发现,乔司和下沙土壤重金属为高度累积,七堡和蒋村土壤重金属达到严重累积程度．通过土壤重金属与理化性质相关系数分析可知,土壤的pH值、速效N、P、K及有机质含量及阳离子交换量均与土壤重金属全量及有效态重金属含量呈显著相关关系,据此推测4个地区土壤中重金属可能主要源自化肥及有机肥的施用,应予以高度重视,尤其是杭州蒋村土壤重金属的污染风险更应予以关注．     

应用回归过量分析法评价太子河沉积物中重金属污染的研究

回归过量分析法（ERA）是Hilton等人提出的一种新的评价沉积物中重金属污染的方法。该方法的特点是将沉积物中重金属的浓度分为3部分,即背景浓度（C_b）、加速侵蚀浓度（C_a）和污染浓度（C_p）。其中Ｃ_a、Ｃ_b是由于自然因素造成的,Ｃ_p是由于人为活动直接造成的。同时,该方法还根据迁移方式将重金属分为2类,即A类金属（Zn和Cd）以溶解态迁移,与粘土矿物含量无关;B类金属（Fe,Ni,Cu和Pb）主要吸附在颗粒物上迁移,与粘土矿物元素（Mg）有极好的相关性。因此,应用Mg与B类金属的浓度之间的相关性,可推算出B类金属的C_b）和C_a）两部分浓度。ERA方法的不足之处是,它仅仅指出了重金属污染的相对程度,而不能确定污染级别。本论文结合国际水质标准提出了以ERA为标准的污染级别指数。改进后的ERA方法既可用于地区间重金属污染绝对量的横向比较,又可指出污染的级别。     

Majorana束缚态对正常金属/三量子点/超导结构输运性质的影响

正常金属/量子点/超导结构可以产生Andreev反射现象,如果在量子点上耦合Majorana束缚态(MBSs),其Andreev反射电导将发生特殊的变化,因而可用于探测MBSs.研究了MBSs对连接在正常金属和超导体之间的线型三量子点输运性质的影响,发现零费米能处的Andreev反射电导在不考虑MBSs之间的耦合时始终等于0.5G₀(G₀=2e²/h),不受量子点能级、量子点间耦合强度、量子点与电极之间耦合强度的影响,具有明显的鲁棒性.