First-principles investigation of the impurity-kink interaction in bcc iron

Using the first-principles self-consistent discrete variational method based on density functional theory, we investigated the effect of light impurities C and N on the electronic structure of kink on the [100]（010） edge dislocation （ED） in bcc iron. Our energetic calculations show that the light impurities have a strong segregation tendency to enter the kink. The results of the charge distribution and the local density of states indicate that the strong bonds between the impurity atoms and the neighboring Fe atoms are formed due to the hybridizations of impurity atoms 2p states and Fe 3d4s4p states. The introduction of light impurities can stabilize the kink system, and impedes the sideward motion of the kink in the [100]（010） ED. This is, the light impurities induce a strong pinning effect on the [100]（010） ED and may result in the solid solute hardening.     

Alloying effects of refractory elements in the dislocation of Ni-based single crystal superalloys

The alloying effects of W, Cr and Re in the [100] (010) edge dislocation cores (EDC) of Ni-based single crystal superalloys are investigated using first-principles based on the density functional theory (DFT). The binding energy, Mulliken orbital population, density of states, charge density and radial distribution functions are discussed, respectively. It is clearly demonstrated that the addition of refractory elements improves the stability of the EDC systems. In addition, they can form tougher bonds with their nearest neighbour (NN) Ni atoms, which enhance the mechanical properties of the Ni-based single crystal superalloys. Through comparative analysis, Cr-doped system has lower binding energy, and Cr atom has evident effect to improve the systemic stability. However, Re atom has the stronger alloying effect in Ni-based single crystal superalloys, much more effectively hindering dislocation motion than W and Cr atoms.     

Ti原子位置对立方SrTiO3电子结构的影响

基于第一性原理密度泛函理论框架下的平面波超软赝势计算方法,计算分析了Ti原子Z轴分数坐标的移动对立方SrTiO 3的能带结构、能态密度和Mulliken电荷布居方面的电子结构的影响。计算结果表明,随着Ti原子Z坐标的上移,O原子的电子逐渐转移到Ti原子上,使得O的部分电子能量升高,Ti的部分电子能量降低,价带与导带渐渐重叠,能隙消失,即Ti原子位置可以强烈影响SrTiO 3的电子结构。     

Cr含量对Fe3Al合金电子结构及力学性能影响的第一性原理

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Cr含量对DO3-Fe3 Al合金电子结构及力学性能的影响.通过计算掺杂前后体系的形成热和结合能明确Cr在超晶胞模型中的占位;通过计算各体系的弹性模量、布居、态密度及差分电荷密度揭示了Cr对Fe3 Al合金力学性能影响的微观机制.结果表明:含量为3.125 at.％时,Cr优先...     

钢铁材料中刃位错与溶质原子的交互作用

通过计算机编程建立了钢铁中铁素体相中的1/2[1 1 1]刃位错的原子结构模型,用实空间的连分数方法计算了碳、氮及合金元素在完整晶体及位错区引起的总结构能和环境敏感镶嵌能,讨论了碳、氮及合金元素在位错区的偏聚及交互作用.计算结果表明:轻杂质C,N易偏聚于位错芯处;强、中碳化物形成元素(Ti,V,Nb,Cr)易偏聚于刃位错线上,非碳化物形成元素Ni偏聚于位错线下方的弹性扩张区;轻杂质加剧强碳化物形成元素在刃位错区的偏聚,当温度下降使得C,N及合金元素的浓度超过其最大固溶度时,钢铁中刃位错区将有C,N金属间化合物脱溶,这些化合物会阻碍位错的运动,起到第二相粒子的强化作用.     

（Ga）12N,（Ga）12B荷电团簇的电子结构与磁性

基于第一性原理,在密度泛函理论框架下,用广义梯度近似（GGA）研究20面体（Ga）12B,（Ga）12N荷电团簇的电子结构与磁性,系统计算了束缚能BE、中心原子到表面原子的间距、最高占据轨道（HOMO）、最低未占据轨道（LUMO）及其能隙,分析了（Ga）12B,（Ga）12N荷电团簇表面到中心原子间距、束缚能和HOMO与LUMO间的能隙随掺杂原子掺杂位置、带电情况不同的变化.研究表明,具有Ih对称性结构的荷电团簇更稳定,统除Ih对称性结构（Ga）12B1＋荷电团簇有磁性外,其它均无磁性.     

（Ga）12N,（Ga）12B荷电团簇的电子结构与磁性

基于第一性原理,在密度泛函理论框架下,用广义梯度近似（GGA）研究20面体（Ga）12B,（Ga）12N荷电团簇的电子结构与磁性,系统计算了束缚能BE、中心原子到表面原子的间距、最高占据轨道（HOMO）、最低未占据轨道（LUMO）及其能隙,分析了（Ga）12B,（Ga）12N荷电团簇表面到中心原子间距、束缚能和HOMO...     

Molecular dynamics simulation of kink in 〈100〉 edge dislocation in body centred cubic iron

Using the molecular dynamics method,we have constructed two kink models corresponding to the 〈100〉{010} and 〈100〉{011} edge dislocations (EDs) in body centred cubic (bcc) Fe. It is found that the geometric structure of a kink depends on the type of edge dislocation and the structural energies of the atoms sites in the dislocation core region. The formation energies,migration energies and widths of the kinks in different types of EDs are calculated. The results show that formation and migration of the kink in the 〈100〉{010} edge dislocation are difficult. The 〈100〉{011} edge dislocation moves primarily through kink nucleation,rather than kink migration.     

同主族C-Si共掺杂TiO2可见光区光催化性能的第一性原理计算

本文利用密度泛函理论（DFT）第一性原理平面波超软赝方法对C-Si共掺杂TiO2电子结构、差分电荷密度和光学特性进行了研究,计算结果表明,共掺杂能明显降低体系的带隙(约为1.7eV)。能有效增加其光催化活性;从总态密度图可以得到,费米能级附近的杂质态降低了载波跃迁能。C-Si的共掺杂能有效提高其在可见光区域的吸收系数,特别是在三种不同的构型中,第三构型在可见光区域具有最大吸收系数。     

第一性原理计算Zr/S共掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法对Zr/S共掺杂锐钛矿相TiO2的晶格参数、电荷布居、能带结构、电子分态密度和吸收光谱进行了计算.计算结果表明:Zr/S共掺杂导致锐钛矿相TiO2的晶格畸变使其体积变大,共掺杂时Zr和S的电荷布居数与单掺杂前的布居数略有不同;Zr/S共掺杂还导致锐钛矿相TiO2的禁带宽度变大0.1eV,达到2.30eV,但是由于Zr/S共掺杂在TiO2禁带之内引入了杂质能级,这些杂质能级可以作为电子跃迁的"台阶"而降低电子从价带跃迁到导带所需的激发光子能量,这有可能是实验上制备的Zr/S共掺杂TiO2具有较高光催化活性的内在原因.     

First-principles investigation of the alloying effect of Ta and W on γ -TiAl

The alloying effect of the refractory elements Ta and W on the electronic structure of y-T\A\ is investigated by using the first-principles discrete variational method within the framework of density functional theory. The impurity formation energy result indicates that Ta and W can stay steadily in the TiAl system by way of substitution. The Mulliken population, density of states and charge density difference results show that Ta and W both give rise to the strong interaction between themselves and the neighboring host atoms. The alloying effect of the two elements onγ-TiAl is the same.     

分子中电行分布的计算及其应用

用高斯函数的组合来拟合类氢原子轨道的平方，然后以此组合函数作为密度函数来拟合分子的密度基函数．由此设计了计算高斯函数组合系数及指数的计算程序和计算分子电荷分布的计算程序，用该程序计算了一系列有机分子，得到了这些分子中各原子的电荷分布，进而求得了各原子上的净电荷．从计算结果中可以看到，非共轭体系也象共轭体系一样，有着明显的极性交替性．由此较好地说明了诱导效应对有机分子体系能量的影响．     

MSn_（10）（M=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni）团簇的稳定性和磁性研究

采用密度泛函理论（density functional theory,DFT）中的广义梯度近似（generalized gradient approximation,GGA）对Sn11团簇的4种同分异构体（对称性分别为D5h,D5d,D4h,D4d）的几何结构、电子结构计算研究,得出对称性为D5d的团簇最稳定.将Sn11团簇的中心原子替换成过渡金属原子成为MSn10（M=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni）团簇,对其稳定性和磁性进行了分析.在Sn11团簇中将中心原子替换成过渡金属原子后,束缚能都变小了,说明过渡金属原子的替换提高了原锡团簇的稳定性,其中NiSn10团簇的束缚能最小,稳定性最强.过渡金属原子都具有一定的磁性,当把这些原子掺入锡团簇后,过渡金属原子的磁性都有所减弱,其中MSn10（M=Sc,Ti,V,Ni）团簇的磁性完全消失,其原因在于掺杂后,团簇中各原子的电荷分布发生了变化.     

La/S共掺杂对锐钛矿相TiO2电子结构的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理对La/S共掺杂前后锐钛矿相TiO2的晶格参数、电荷布居以及电子结构进行了计算.结果表明：La/S共掺杂导致TiO2晶格膨胀并减小了锐钛矿相TiO2的禁带宽度,同时在TiO2禁带之内引入了局域态的杂质能级,这些杂质能级可以充当电子从价带到导带跃迁的＂桥梁＂以减小激发光子的能量从而提高太阳光的利用率.为实验上合成的La/S共掺杂TiO2可见光催化剂提供了一定的理论基础.     

FeAl合金的LFS势及点缺陷性能计算

构建了Fe、Al及其合金的原子间Long-range Finnis-Sinclair(LFS)势,利用Fe、Al及其合金的晶格常数、结合能和体弹性模量等实验数据拟合了纯金属Fe、Al及合金FeAl的LFS势参数,从中选择一组最优参数.为了检验所构建的势在缺陷性能方面的表现,利用构建的纯金属及合金的原子间势计算了金属Fe、Al及合金FeAl的单空位形成能,结果表明,与Fe相关的单空位形成能的计算结果与实验结果及其他理论计算结果符合得很好.     

半金属元素掺杂TiN的第一性原理研究

基于密度泛函数理论，采用广义梯度近似方法，对半金属元素原子X（X=B、Si、Ge、As、Sb和Te）掺杂TiN体系的平衡晶格常数和电子结构等进行第一性原理计算，并对掺杂前后的电子态分布变化和形成能进行分析计算．结果表明：掺杂体系中主要的电子贡献仍是N2p态和Ti3d态，随着半金属元素B、Si、Ge、As、Sb和Te的掺入，TiN掺杂体系的导电性能有所提高，但并未超过纯净TiN体系；同时由形成能的计算证明Si掺杂体系最容易达到稳定结构，而Te掺杂是最不稳定的体系．     

ZnSe：Mn电子态的DV—SCC原子簇计算

本文用DV-SCC原子簇方法计算了ZnSe:Mn的电子态。Mn3d杂质态位于带隙中,与Se4p及Zn4s有较强的杂化,对三种情况下电子态的分析认为,簇外电荷量及原子簇电荷量的选取方法,对结果影响很大,自旋极化计算,得到的Mn 3d杂质态的跃迁能量与实验值很好地符合。用自洽场方法计算的晶场参数表明:自洽方法,被函数靠近芯区部分分布较合理,外部分布误差较大。     

掺杂硫化铅体系的电子性质研究

基于密度泛函理论和广义梯度近似,对掺杂PbS体系进行了电子性质的第一性原理计算. 首先,对恒定掺杂浓度(6.25%)时3种替换杂质(Cd、Sn、Sb)不同掺杂位置的形成能进行比较分析,得到了最稳定的掺杂结构. 然后,计算不同掺杂体系的能带结构,能带结构发生了平移,带隙随掺杂原子序数单调递减. 最后,研究掺杂前后光学性质,光学性质的显著变化出现在Sb掺杂的PbS体系中,主要包括介电光谱下杂质峰的出现、相关红移现象以及掺杂后吸收谱能带边缘的拓展. 同时,Cd掺杂PbS介电光谱的反射峰最小.     

原子间近程排斥势与电荷密度重叠积分之间关系的探索

本文对相同稀有气体原子间电荷密度的重叠积分进行了全面计算．计算结果表明该重叠积分可以用来表示稀有气体原子间的排斥势．这为进一步更准确地探索原子间排斥势提供了一种开拓性的思维方法     

过渡金属元素X(X=Ni,Ti,V)掺杂对Mg17Al12合金结构的影响

【目的】提高镁铝(Mg-Al)合金材料的储氢性能。【方法】基于密度泛函理论的平面波赝势方法,对过渡金属元素X(X=Ni,Ti,V)掺杂Mg_(17)Al_(12)合金体系的生成焓、电子结构、态密度、电荷密度等进行理论计算研究。【结果】过渡金属元素X替代合金中Mg元素的能量较低,其中Ni的掺杂性能较好;Ni的加入改善了Mg_(17)Al_(12)的储氢性能。且随着Ni浓度的升高,Mg_(17)Al_(12)合金的体积逐渐减小,总态密度峰值依次增大。【结论】过渡金属元素X(X=Ni,Ti,V)的掺杂可使镁铝合金的稳定性得到提升,与实验结果相符。