原子核高自旋态中几个感兴趣的物理现象:从电转动带到订书机带再到剪刀带,赝自旋双带

本文首先介绍了原子核高自旋态中几个感兴趣的物理现象:电转动带,剪刀带,订书机带和赝自旋双带;阐述了原子核电转动带,剪刀带,订书机带和赝自旋双带的定义和物理图像,以及它们相互之间的关联;然后以近年来的几个代表性研究工作为例,综述了这几个感兴趣物理现象的最新研究进展和存在的疑难问题.最后我们探讨了原子核物理中的协变密度泛函理论的发展对实验研究的促进作用,以及原子核物理实验的发展和最新的实验成果对原子核的协变密度泛函理论提出的更高地要求和期待.     

格林函数协变密度泛函理论及其应用

文章简要介绍了格林函数协变密度泛函理论及其对奇特原子核结构的研究进展.首先,文章简要回顾了奇特原子核的研究现状和传统理论处理连续谱遇到的问题.随后,系统介绍了格林函数协变密度泛函理论的基本公式,包括格林函数的相对论平均场(GF-RMF)近似和格林函数相对论连续谱Hartree-Bogoliubov(GFRCHB)等,详细给出了利用格林函数方法求解径向Dirac方程和RCHB方程的相关公式.最后,介绍了格林函数协变密度泛函理论的应用,包括利用GF-RMF理论研究原子核单粒子共振态,给出共振态的能量和宽度以及利用GF-RCHB理论研究丰中子Zr同位素的巨晕现象,给出密度空间分布的弥散性质以及对晕现象起着重要作用的共振态的能量和宽度等.     

原子核磁转动和反磁转动的微观研究

磁转动和反磁转动是发生在弱形变原子核或者近球形原子核的新奇转动现象,可以分别用剪刀机制和双剪刀机制来解释这两种现象.理论上利用基于单极对力加四极相互作用的倾斜轴推转模型可以很好地解释磁转动和反磁转动.在过去的几十年中,协变密度泛函理论及其相关扩展理论已经成功描述了原子核的许多性质和奇特现象.最近,我们发展了基于介子交换和点耦合相互作用的倾斜轴推转的协变密度泛函理论,并成功地用于研究原子核的磁转动和反磁转动现象.本文总结和系统介绍了倾斜轴推转的协变密度泛函理论在磁转动和反磁转动方面的应用.以~(60)Ni,~(105)Cd和~(110)Cd为例,我们将介绍倾斜轴推转的协变密度泛函理论对磁转动和反磁转动的能谱,自旋一转动频率的关系以及M1和E2的描述,通过研究质子和中子角动量的取向变化,来检验磁转动中的剪刀机制和反磁转动中的双剪刀机制.     

协变密度泛函理论对原子核磁矩的研究

原子核磁矩是原子核最重要的物理观测量之一,它反映了原子核结构的重要信息,本文回顾了原子核磁矩的理论研究进展,特别是协变密度泛函理论的研究进展,并分别介绍了其对球形奇A核和形变奇A核磁矩的描述.对球形奇A核,首先以~(16)O和~(40)Ca附近具有LS闭壳核芯加减一个核子的奇A原子核磁矩为例,讨论了奇时间场的贡献.其次,基于点耦合相互作用的协变密度泛函理论,并考虑相应的奇时间场、单π介子交换流、一阶和二阶组态混合效应的修正,研究了jj闭壳核~(208)Pb附近原子核~(209)Pb,~(207)Pb,~(209)Bi和~(207)T1的磁矩.对于形变奇A原子核,以~(33)Mg为例,利用包含时间分量的相对论平均场理论和组态固定的形变约束方法,研究其内禀磁矩.最后,对原子核磁矩的协变密度泛函理论研究进行了展望.     

原子核协变密度泛函理论及其应用专辑·编者按

正原子核是由质子和中子组成的强相互作用有限量子多体系统.由于核子-核子之间的短程强排斥相互作用、自旋和同位旋自由度,以及求解多体问题的困难,至今尚无一个能够统一描述所有原子核结构的理论模型.密度泛函理论被广泛应用在物理、化学、材料等领域,是最成功的多体理论之一.经过近半个世纪的努力,核物理学家成功地将密度泛函理论推广用于描述原子核这一独特自束缚多体系统.由于在描述原子核诸多性质方面取得的成功,密度泛函理论被广泛认为是统一描述所有原子核结构的候选"标准模型".     

基于协变密度泛函理论的“镭之谜”探索

采用点耦合的协变密度泛函理论和四极-八极集体哈密顿量方法,本文研究了镭区偶偶核和偶奇核δV_(pn)的性质.结果表明,考虑静态形变和集体涨落对于理论重现镭区偶偶核实验数据有重要意义.具体来说,八极形变自由度的引入极大地改变了N=134,136,140的δV_(pn)曲线点.这样的改变可以从镭核与氡核在(β_2,β_3)平面上的形状演化进行理解.从微观层次来看,在单粒子能级费米面附近存在N=132和Z=88两个能级间隙,间隙之上各有两条具有相似能量的能级.另一方面,采用协变密度泛函理论研究了镭区奇A核δV_(pn)的性质.仅仅考虑静态形变,还不能较好地重现奇A镭核的δV_(pn)实验数据.八极形变自由度的引入也改变了奇A镭核的δV_(pn)的变化趋势.基于协变密度泛函理论,"镭之谜"不仅与八极形变自由度有关,与集体涨落也有关.     

费米海与狄拉克海中的单粒子态——从球形核狄拉克方程说起

在原子核的协变密度泛函理论中,核子的运动方程——狄拉克方程是核心内容之一.本评述结合球形核中核子狄拉克方程的数值求解,讨论费米海与狄拉克海中单粒子态及若干相关的物理问题.首先以打靶法为例较为详细地介绍在坐标空间中求解狄拉克方程的过程,以伍兹-萨克森基(包括薛定谔-伍兹-萨克森基和狄拉克-伍兹-萨克森基)展开方法为例介绍在基空间中狄拉克方程的求解方法.完备性的条件要求狄拉克-伍兹-萨克森基空间不仅要包括费米海中的正能量态,而且要包括狄拉克海中的负能量态.因此,需要把单粒子态的研究从正能量态拓展到负能量态.结合负能量态的研究,介绍与这些负能量态对应的反核子谱中存在的自旋对称性及其起源.     

CdS_xSe_(1-x)合金结构、电子结构和光学性质的第一性原理研究

用密度泛函理论究了闪锌矿型三元合金体系Cd SxSe1-x的晶体结构、电子结构和光学性质.计算了组分参数在0≤x≤1范围内Cd SxSe1-x的电子结构、态密度和带隙,计算结果表明Cd SxSe1-x为直接带隙半导体材料,其带隙随Se含量的增加而减小.分析了Cd SxSe1-x的复介电函数和吸收系数等光学性质随光子能量变化的关系,随Se元素含量增加,各光学特性曲线向低能方向移动.     

ZnOS三元合金晶体结构与电子性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论下的VASP软件包详细研究了三元合金ZnO1-xSx的晶格常数、体积、总能、电子性质以及能带弯曲因子随S组分x的变化关系,并计算了三元合金的带隙弯曲参数.采用AM05XC泛函对结构参数进行优化,带隙修正采用了LDA-1/2的计算方法.结果表明:随着S浓度x的增加,三元合金ZnO1-xSx的晶格常数、体积、总能量均呈现出线性递增的关系,而禁带宽度以及价带宽度出现弯曲性质,这跟三元合金ZnO1-xSx的固溶度相关.从导带底到价带顶的光跃迁出现在Γ点,影响价带顶和导带底的价电子分别是S的3p态和Zn的4S态.     

Fcc结构Ti-Al合金的原子状态及其性质

在特征晶体模型基础上,引入特征原子的有效电荷概念,从第一原理出发利用特征晶体理论对Fcc结构Ti Al合金系的无序固溶体、TiAl金属间化合物电子结构和晶体性质进行研究.其过程为:首先采用中心原子团簇模型,用密度泛函理论的离散变分方法确定特征原子的有效电荷;然后用密度泛函理论的线性Muffin tin轨道法研究特征晶体的电子结构和性质;再根据特征晶体理论的叠加原理计算实际合金的性质,得到固溶体的平衡晶格常数、结合能、体弹性模量随成分变化的关系曲线.计算结果表明,金属间化合物TiAl的平均原子体积和结合能与实验数据一致.     

高压下ZrB_2的结构和热力学性质的第一性原理计算

利用平面波赝势密度泛函理论计算了ZrB2的基本参数,包括晶格常数、体弹模量、体弹模量对压强的一阶导数,同时通过准谐德拜模型研究了ZrB2热力学性质,给出了不同压强和不同温度下的热容和德拜温度的计算值,发现热容随着压强增加而减小,德拜温度随压强增加而增加.     

第一性原理研究高温高压下TiB2的物理性质

采用第一原理方法计算TiB_2在高温高压下的物理性质.对结构参数、弹性常数、体积模量、能带结构、声子色散、热力学性质等进行了密度泛函理论计算.计算结果与其他实验和理论计算值吻合较好.通过对E-V曲线、声子色散曲线和态密度(DOS)的分析,证明TiB_2是机械稳定的.用B/G和泊松比的两种方法判断TiB_2为脆性材料.在准谐振德拜模型的基础上,计算分析了德拜温度Θ和热膨胀系数对温度和压强的依赖.并从不同压强下定容比热容随温度变化的曲线图中得出,在T=1300 K以后,c_V无限靠近Dulong-Petit极限.通过分析电子态密度,发现TiB_2具有金属性,并且随着压强的增大费米能级处峰值降低,赝能隙变宽,非局域化加大,共价键作用增强,从而也证明了晶体结构的稳定性.     

第一原理研究Re在Ni3Al中的掺杂效应

采用基于密度泛函的第一原理分子密度泛函方法(DMol)和离散变分方法(DVM),研究了Re在Ni_3Al中的掺杂效应.计算表明:在Ni_3Al中,Re择优占据Al晶位,且Re导致局域畸变.计算结果与实验以及其他相关的理论计算结果相一致.差分电荷密度、键序以及态密度分析表明Re导致其近邻原子间相互作用加强,Pauli谱分析发现Re具有共振态和局域态性质,且与其近邻原子形成杂化健.     

单斜相二氧化铪电子结构与光学性质的计算

基于密度泛函理论,利用超软赝势平面波方法首先对单斜晶相二氧化铪(m-HfO2)的电子结构进行了第一性原理计算,得到了能带结构、总态密度与分态密度.然后,对m-HfO2的光学线性响应函数随光子能量的变化关系进行了理论预测,计算得到了复介电函数、折射率、反射谱、吸收谱、光电导等光学性质,并从理论上对电子结构与光学性质之间的关系进行了分析讨论.     

KLTN晶体表面性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理,采用局域密度近似方法,对钽铌酸钾锂KLTN晶体(100)和(110)表面进行几何结构优化,计算了晶体的能带结构、态密度和介电函数.将计算结果与钽铌酸钾对应的表面参数进行了比较和分析,结果显示,KTN经过A位阳离子Li替代后,能带带隙增加,总态密度值减小,对应的介电函数性质发生改变,与晶体表面性质随阳离子含量和取向不同会发生改变的理论预期一致.     

CrN电子和光学性质的第一性原理研究

本文采用平面波赝势密度泛函理论方法研究了CrN平衡态的结构,电子和光学性质,并与现有的结构数据实验值和理论值进行比较,结果符合较好.计算得到了CrN能带结构、态密度随电子能量的变化关系以及复介电函数、折射率、吸收系数、反射系数和损失系数随光子能量的变化关系,并对其变化特征进行了讨论.     

纳米微腔中荷电流体的压力分布

基于经典密度泛函理论,研究了受限于球腔空间的荷电流体的单位面积压力分布.计算结果显示,增大体密度和升高温度加剧体系内部压力分布曲线的震荡趋势.与此相反,增大色散作用的截断半径和分子的荷电量削弱曲线的震荡趋势.所得结果可为理解和掌握受限流体的力学性质提供理论参考和线索.     

S掺杂锐钛矿TiO_2电子结构的第一性原理研究

对完整锐钛矿TiO2晶体及S掺杂锐钛矿TiO2晶体电子结构进行了基于密度泛函理论的第一性原理研究.通过对能带、态密度的分析,发现在S掺杂后,O原子,S原子与Ti原子在导带区发生了强烈的相互关联作用,致使Ti原子3d轨道上的电子向S原子的3p轨道,O原子的2p轨道移动,使得导带向低能区移动,从而使TiO2的禁带宽度变小,吸收边红移.从而揭示了S掺杂导致锐钛矿TiO2晶体禁带宽度变小的机理.理论计算与实验结果基本相符.     

CrN弹性和热力学性质的第一性原理研究

本文采用平面波赝势密度泛函理论方法研究了立方相CrN平衡态的结构和弹性性质,计算结果与已有的实验值和理论值符合较好.首次利用准谐德拜模型计算了CrN的热力学性质,得到了不同温度下,CrN的体积随压强的变化关系,以及德拜温度、摩尔热容量、熵和内能随压强及温度的变化关系.     

PuN2气态分子的结构与热力学稳定性的理论研究

用密度泛函B3LYP方法计算了PuN2分子的微观性质,不同温度下气态PuN2分子的能量E,熵S及气态PuN2分子生成反应的标准焓变ΔH°、标准熵变ΔS°和标准自由能变ΔG°.计算结果表明,气态PuN2分子不具有热力学稳定性.