New high-pressure phases of lithium

Lithium is considered a 'simple' metal because, under ordinary conditions of pressure and temperature, the motion of conduction electrons is only weakly perturbed by interactions with the cubic lattice of atomic cores. It was recently predicted that at pressures below 100 GPa, dense Li may undergo several structural transitions, possibly leading to a 'paired-atom' phase with low symmetry and near-insulating properties. Here we report synchrotron X-ray diffraction measurements that confirm that Li undergoes pronounced structural changes under pressure. Near 39 GPa, the element transforms from a high-pressure face-centred-cubic phase, through an intermediate rhombohedral modification, to a cubic polymorph with 16 atoms per unit cell. This cubic phase has not been observed previously in any element; unusually, its calculated electronic density of states exhibits a pronounced semimetal-like minimum near the Fermi energy. We present total-energy calculations that provide theoretical support for the observed phase transition sequence. Our calculations indicate a large stability range of the 16-atom cubic phase relative to various other crystal structures tested here.     

SCB2的高压结构和电子性质的密度泛函计算

本论文用广义梯度近似(GGA)密度泛函方法研究了具有AlB2结构的ScB2从0Gpa到100Gpa高压下的结构和电子性质。在0Gpa下的结果与现有实验和理论数据相符。获得的结构性质的压强依赖性显示出ScB2的结构受压强的影响很小。另外还成功的计算了高压下ScB2电子的态密度和部分态密度。我们发现高压强明显的改变了电子态密度分布的轮廓,并且还发现费米能级附近的态密度随着压强的升高而减小,表明高压下ScB2电子杂化轨道能量在下降。     

压力下超导LiBe合金热动力学性质的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究超导LiBe合金的晶体结构、 力学、 热动力学和电子结构等性质. 结果表明: LiBe合金在0~120 GPa内均满足力学稳定标准; 在压力下呈一定的各向异性, 且c轴比a轴更易于压缩; 随着压力的增加, 其Debye温度不断增加; 在压力作用下, LiBe合金中Li的s电子向Be的p电子转移.     

金属元素镁高压属性的第一性原理研究

通过第一性原理计算方法，研究了金属元素镁在高压下的电子属性。电子性质的计算指出，镁的三个高压结构体心立方（bcc）、面心立方（fcc）和简单六角（sh）都是金属相结构，但其金属性比常压结构六角密堆（hcp）弱；通过与镁常压电子结构比较可知，d带贡献的增加以及p-d杂化的增强可能是高压下镁金属性降低的一个原因。镁高压fcc和sh结构的电子局域函数（ELF）通过与常压hcp结构以及高压fcc、sh结构的ELF比较，发现镁的这两个高压结构的价电子被高度排挤到晶格间隙区域，这一特殊现象与其他碱金属和碱土金属元素锂、钠、钾以及钙相似。     

高压下ZrB3与NbB3力学性质的第一性原理研究

此文用密度泛函理论的赝势平面波方法的第一性原理研究了过渡金属化合物ZrB_3与NbB_3(m-AlB_2、OsB_3和MoB_3结构)在高压下的力学性质和电子结构特点,获得了在常压下,m-AlB_2是最稳定的结构,当压强升高到40GPa时发生相变,高压下最稳定是OsB_3结构.m-AlB_2-NbB_3具有最大的剪切模量204GPa,最高的德拜温度921K和最大的硬度值27.3GPa,属于潜在的超不可压缩材料.MoB_3-NbB_3、OsB_3-NbB_3和m-AlB_2-ZrB_3的硬度值分别达到了24.9GPa、22.6GPa和19.8GPa.它们的电子态主要是由M-4d态和B-2p态杂化叠加形成的,在费米能级处取值均不为零,故这些化合物都具有金属性等有益结果.     

新型超导体MgB2电子结构与成键性质的第一性原理研究

对最新发现MgB2 超导体 (Tc≈ 39K)的电子结构及化学成键从能带结构、电子态密度DOS、价电子电荷密度分布等几个方面 ,采用LMTO方法进行了第一性原理研究 .同时对相关的同族二硼化物BeB2 、CaB2 电子性质的相似及差异给与阐述和比较 ,报告了SmB2 ,UB2 和LuB2 态密度的计算结果 ,并对它们的超导电性进行讨论与推测 .     

第一性原理计算锐钛矿（101）面的电子结构

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法计算了锐钛矿（101）表面的电子结构．首先对锐钛矿完整（101）表面模型进行结构优化,在此基础上计算了电子结构,得到了能带结构和态密度等数据．结果分析表明表面的电子结构与体相基本相同,在完整表面上没有出现表面态,驰豫后完整的锐钛矿（101）表面是稳定的,表面价带主要由O2p组成,导带主要由Ti3d组成,表面导带态密度变窄导致表面能隙比体相能隙略增大．通过表面原子局域态密度和Mulliken净电荷的分析,推测O2c、O3c、Ti5c可能是活性位置．     

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。     

Li原子修饰一维六角硼烯链团簇的结构及储氢性能研究

采用密度泛函理论(DFT)方法研究Li原子修饰一维六角硼烯链团簇的结构及其储氢性能。结果表明,氢分子能在Li原子修饰一维六角硼烯链团簇表面吸附,每个Li原子周围可以有效吸附两个H2,几何结构和电子性质的稳定性及合适的吸氢条件表明Li原子修饰一维六角硼烯链团簇材料在常温常压条件下可以作为有效储氢媒介。     

ReB2电子结构性质的第一性原理计算

利用全势线性缀加平面波方法计算ReB2的体模量、价电荷态密度、电子能带结构和电子态密度.计算发现当取B’0=4时,局域密度近似（LDA）考虑自旋轨道耦合（SOC）得到的体模量为360 GPa,与实验值吻合的很好.电子能带结构表明ReB2具有特殊的金属特性,LDA＋ SOC计算结果发现几乎所有能带沿L-H-A方向发生分裂.价电荷态密度和电子态密度结果表明Re-d和B-p态之间存在强的杂化,形成Re-B共价键,这类共价键是ReB2具有高硬度的主要原因.     

压力下NaN_3结构稳定性、力学性质和电子结构的理论研究

采用基于密度泛函理论的从头算平面波超软贋势方法研究了压力对NaN_3结构稳定性、力学性能以及电子结构的影响.对能量和力学参量的计算结果表明,R-3m结构是NaN_3在零压下的稳定性结构.随着压力的增加,在5 GPa的压力范围内NaN_3会发生从R-3m结构到C2/m结构的结构相变,而C2/m结构的NaN_3在压力超过20 GPa以后也不能够保持稳定.该结果与实验研究结果间取得了很好的一致.此外,对电子结构的研究表明,常压下两种结构NaN_3都表现出了绝缘体的性质.随着压力的增加,C2/m结构NaN_3的价带和导带宽度都略有增加,而带隙宽度略有减小.     

CsI高压超导电性的第一性原理

利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法计算了高压下CsI的电子能带结构、 电子态密度、 声子谱、 声子态密度以及电子和声子的相互作用, 探讨了CsI在高压下产生超导电性的物理机制. 研究表明, CsI层内的光学振动模式与电子之间的强耦合作用是CsI产生超导电性的主要原因.     

TiO_2电子结构的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的赝势方法对锐钛矿、金红石和萤石结构的TiO2进行模拟,研究了锐钛矿结构、金红石结构和萤石结构TiO2的基本性质参数,包括晶格常数、体弹模量B0和体弹模量对压强的一阶导数B0′。对模型进行结构优化后,应用第一性原理方法比较分析了三种晶型TiO2的电子结构,研究了其能带和态密度的分布情况,得出TiO2的价带主要是由O的2p态贡献的,导带主要是由Ti的3d态贡献的。得到三种晶型的禁带宽度,其中萤石结构的禁带宽度远小于金红石结构和锐钛矿结构,可以预计萤石TiO2光谱的吸收范围扩大,光催化性能会相应有所提高。     

γFe—N合金中N—Fe的交互作用

利用基于第一原理的离散变分法（DVM）计算了γFe-N合金的电子结构,分析了N-Fe间的交互作用。计算得到间隙N分别与周围不同近邻的4种Fe原子的平均键级,通过比较它们随点阵畸变化后发现,N-Fe（1）的键级大于另外3种键级,说明γFe-N合金中N与置换原子的交互作用主要集中在N与最近邻原子之间。并结合态密度、价轨的电子占据数和电子密度对其进行了综合分析。     

基于分子轨道特征苏氨酸分子体系的电子激发类型

基于优化的右旋苏氨酸（R-Thr）分子结构, 在PBE0/def2-TZVP下, 用含时密度泛函理论（TDDFT）方法得到气相条件、 隐式H₂O和甲醇溶剂环境下R-Thr分子体系电子激发过程中激发态波函数的计算结果, 并通过指认分子轨道类型方法研究R-Thr分子体系价层电子的激发类型. 结果表明： 隐式溶剂环境比气相环境更适合研究R-Thr分子体系的电子激发特性; 分子轨道（MO）类型与Δr指数分析结果较理想, 大部分激发态的激发类型与激发模式指认吻合度较高.     

基于分子轨道特征苏氨酸分子体系的电子激发类型

基于优化的右旋苏氨酸（R-Thr）分子结构, 在PBE0/def2-TZVP下, 用含时密度泛函理论（TDDFT）方法得到气相条件、 隐式H₂O和甲醇溶剂环境下R-Thr分子体系电子激发过程中激发态波函数的计算结果, 并通过指认分子轨道类型方法研究R-Thr分子体系价层电子的激发类型. 结果表明： 隐式溶剂环境比气相环境更适合研究R-Thr分子体系的电子激发特性; 分子轨道（MO）类型与Δr指数分析结果较理想, 大部分激发态的激发类型与激发模式指认吻合度较高.     

一种计算半导体合金能带的LMTO-ASA-VCA方法

本文依据全电子LMTO-ASA能带计算方法的特点,提出LMTO-ASA-VCA合金能带结构计算的虚晶近似方案,用于Ga_(1-x)AlxAs的计算,所得各组分下的能带结构、态密度及弯曲参数等均显示虚晶近似的特征,合金的价电子能量总和及ASA球中包含的价电子电荷数随组分的变化都接近于线性,表明本计算方案是合理可行的.     

笼型Li6Si5团簇的结构和储氢性能研究

利用密度泛函M06方法,在6-311+G(d, p)基组水平上对Si_5和Li修饰的Si_5团簇的几何结构和电子性质及储氢性能进行理论计算研究.结果表明, Si_5团簇最低能量构型为笼型结构,纯Si_5团簇不能有效吸附氢分子. Li原子的引入显著改善了Si_5团簇的储氢能力.以六个Li原子穴位修饰Si_5团簇为载体,每个Li原子周围可以有效吸附三个氢分子,其氢分子的平均吸附能为2.395 kcal/mol,储氢密度可达16.617 wt%.合适的吸附能和较高储氢密度表明Li修饰Si_5团簇有望成为理想的储氢材料.     

TiO_2团簇的离散变分-X_α研究

利用离散变分 Xα(DV Xα)方法计算了不同大小TiO2 团簇模型的电子能级 ,并与实验结果进行了比较 ;给出了不同团簇的计算结果 ,并据此分析了各团簇的电子结构特征 .结果显示 :随着团簇增大 ,其电子能级的计算结果向能带理论的计算结果接近 ,而小团簇模型则更适合于研究原子之间的键合性质 .     

Li3Bi结构、力学和电子性质的第一性原理计算

 基于密度泛函的线性响应理论,通过第一性原理的赝势方法,对Fm-3m相Li₃Bi的结构、力学和电子性质做了系统的研究.优化得到的平衡结构参数与实验值符合得很好.计算表明,Fm-3m结构在零压下的焓最低,满足力学稳定标准,是最稳定的结构.计算得到的Fm-3m相Li₃Bi的块体模量、剪切模量和弹性模量分别为30.2,25.5 GPa和59.6 GPa.德拜温度是312 K.Li₃Bi具有小的弹性各向异性特征,是窄带隙的间接带隙半导体,带隙为0.45 eV.