高温高压下ZnO的相变及热力学性质研究(英文)

本文通过平面波赝势密度泛函理论研究了ZnO岩盐(B1)结构、CsCl(B2)结构、闪锌矿(B3)结构和纤锌矿(B4)结构的相变和热力学性质.通过计算得到了晶格常数、体弹模量及体弹模量对压强的一阶导数,与实验值和其他计算结果都符合地较好.根据等焓原理,发现从B4和B3结构到B1结构的相变压强分别约为8.9GPa和7.8GPa.通过准德拜模型,成功得到B4结构的热力学性质,包括不同压强和温度下的状态方程、热膨胀系数和热容.     

高压下BeSe相变和热力学性质第一性原理研究

利用密度泛函理论研究了BeSe的相变、晶格动力学和热力学性质.计算得到的晶格常数、体弹模量以及其对压强的一阶偏导与实验值符合较好.焓的计算结果表明在压强为57.68GPa时BeSe会发生从闪锌矿(ZB)结构到砷化镍(NiAs)结构的相变,与实验值56±5GPa较吻合.BeSe的声子色散曲线计算表明零压下ZB结构满足动力学稳定性,而在高压下ZB结构的动力学稳定性将消失.基于准简谐近似方法,还成功预测了BeSe的热容、热膨胀系数和熵随着压强和温度的变化关系.     

IrN的结构相变和弹性性质的第一性原理计算

采用密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,结合广义梯度近似(GGA)计算了IrN的结构相变和弹性性质,分别对IrN的岩盐(B1)、氯化铯(B2)、闪锌矿(B3)、纤锌矿(B4)、NiAs(B8)和tungsten carbide(Bh)这6种结构进行了分析,并根据理论计算得到的焓与压强的关系,发现了IrN的相序是B3→B4→B8→B2,相变压强分别发生在1.98 GPa,97.90 GPa和296.64 GPa.通过对B4结构在高压下的弹性特性进行研究,发现其弹性常数、体弹模量、剪切模量、纵波波速、剪切波速以及德拜温度均随压强的增加而单调增大,且依据B/G分析,预测了B4结构能在高压下保持一定的韧性特性.     

高压下铬的状态方程和强度研究

在以氦气为传压介质加压到47 GPa和径向衍射实验加压到68 GPa的实验中,研究了铬在高压下的状态方程和强度.准静水压的数据得到铬的体弹模量和其一阶导数分别是190.5(16)GPa和4.54(12).固定体弹模量的一阶导数为4.82,得到的体弹模量是187.2(4)GPa.结合高压下的剪切模量,发现铬在19 GPa由于塑性形变而发生屈服,此时的差应力是0.72 GPa.在68 GPa时,铬的最大差应力为0.95 GPa.     

高压下金属钼弹性性质的第一性原理计算

本文利用基于密度泛函理论框架下的广义梯度近似(GGA)方法,研究了过渡金属钼的晶体结构和弹性性质.零压下,计算所得的晶格常数(a=3.153)与实验值非常接近.与实验值比较,采用GGA+U(U=1.5,2,2.5eV)的方法,计算得到的晶格常数a不如GGA的计算结果.此外,我们利用广义梯度近似(GGA)方法计算了钼的弹性性质,得到零压下钼的弹性常数分别为C11=449.7GPa,C12=169.7GPa,C44=96.2GPa,与实验值符合得很好.高压下钼的弹性常数计算值和Duffy等人用X衍射实验测量的实验值(0～24GPa)相符.体弹模量B0计算值(B0=263.05GPa)和实验值(B0=262.8GPa)非常接近.计算发现,随着压强的增大,体弹模量和剪切模量比值B/G一直保持大于1.75,说明钼在所研究的压强范围内一直保持较好的延展性.最后,还研究了体弹模量B,剪切模量G,杨氏模量E,泊松比σ,压缩波速VS,剪切波速VL,弹性各向异性因子A和克莱恩曼参数ζ与压强的变化关系.     

减压过程中氯铅矿型TiO_2相稳定及晶体结构的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的GGA方法对氯铅矿型及相关的锐钛矿型和金红石型TiO_2进行了理论计算.首先,优化了这三种晶型TiO_2的晶体结构及相关参数,并计算分析了焓随压强的变化曲线,发现在减压至2.0 GPa时,氯铅矿型TiO_2直接相变为锐钛矿型.其次,通过拟合分析了三阶B-M状态方程获得它们的体弹模量B0与平衡体积V0,并与实验及其他理论计算符合的非常好.最后,我们通过比较相变前后晶体结构、体弹模量B0和平衡体积V0变化,并进一步讨论了氯铅矿型TiO_2的相变行为.同时,希望我们的结果能为相关实验研究提供一点理论参考.     

CuAlSe_2在高压下结构、弹性、热学性质的第一性原理计算（英文）

本文中我们运用第一性原理平面赝势密度泛函理论,研究了四方晶体CuAlSe_2的结构、弹性性质以及热力学性质.首先通过状态方程拟合找到零温零压时的平衡体积、晶格常数、体弹模量B0以及其对压强的一阶导数B0′.接着分析了相对晶格常数a/a0、c/c0以及相对体积V/V0随压强的变化趋势.我们也研究了弹性常数随压强增大的变化趋势.计算也表明在15GPa以前CuAlSe2的弹性常数都满足力学稳定性,在15GPa以前都不发生相变,与实验结果相吻合.在零温零压下我们计算得到的弹性常数和体弹模量和其它理论值实验值都比较符合.然后根据准谐德拜模型,我们分析了热膨胀系数以及比热容随压强和温度的变化关系.最后我们分析了CuAlSe_2晶体在零温零压和高压下的态密度图,简单了解了一下电子结构的变化情况.     

镁铝尖晶石高压相变的理论计算

运用密度泛函(DFT)平面波赝势方法(PWP),计算了镁铝尖晶石三种物相的状态方程和热力学生成焓以及在0～50GPa高压范围内的力学性质.研究结果表明:利用状态方程得到的镁铝尖晶石转变为CF相和CT相的相变压强分别为26.79GPa和30.19GPa,与实验值误差分别为+0.79GPa和-11.81GPa;而利用热力学生成焓,在GGA近似下得到的CF相的相变压强为24.52GPa;LDA近似下CT相的相变压强为39.85GPa,与实验值误差为-1.48GPa和-2.15GPa.在对高压下镁铝尖晶石三种相结构的力学稳定性的分析发现,尖晶石相在压力超过30GPa时力学结构变得不稳定,而两个高压相在...     

高压下GaAs和AlAs结构及弹性性质的第一原理计算

基于第一性原理平面波超软赝势密度泛函理论方法计算了ZB-GaAs,RS-GaAs,CsCl-GaAs,NiAs-GaAs,WZ-GaAs和ZB-AlAs,RS-AlAs,NiAs-AlAs的结构参数、体弹模量及体弹模量对压强的一阶导数.计算了GaAs和AlAs在不同压强下的弹性常数,以及不同结构间的相变压强.得到了比较满意的计算结果.     

TiN在高压下结构稳定性的研究(英文)

本实验利用金刚石压砧和同步辐射X衍射技术对TiN在高压下的行为进行了研究.通过实验获得的数据分析了TiN体积压缩曲线.结果表明:在0-45.4GPa的压力范围内,TiN样品的体积随着压强的增加曲线变化比较平滑,TiN没有发生相变.同时,通过三阶的Birch–Murnaghan状态方程,得出了TiN样品在相应的静水压下的体弹模量为B0=195±4.6GPa,一阶导数B′0固定为4.     

LiMn2O4的高压结构相变和状态方程研究

在金刚石对顶砧中,利用原位高压同步辐射X射线衍射和密度泛函理论,研究了高锰酸锂(LiMn2O4)在高压室温下的结构相变和状态方程.研究结果显示:由立方结构到四方结构的结构相变发生在10.7 GPa,并且四方结构保持到实验的最高压力27.4 GPa.实验数据得出立方结构的体弹模量及其一阶导数分别为102.2(3.6)GP...     

氟化锶纳米板的高压相变行为研究

利用原位高压同步辐射X-ray衍射方法对合成的氟化锶纳米板进行高压结构相变研究,发现纳米板在6. 3 GPa和27. 7 GPa发生由立方相到正交相再到六角相的两次结构相变,卸至常压后相变是可逆的.拟合后得到立方相和正交相结构体弹模量分别为85(3) GPa和77(3) GPa.氟化锶纳米板在高压下表现出与体材料相同的相变行为和压缩特性其原因是制备的纳米板存在较多的缺陷,其缺陷的影响与氟化锶体材料中缺陷的影响相同,压力下缺陷处应力较大,导致相变发生.     

TiN在高压下结构稳定性的研究

本实验利用金刚石压砧和同步辐射X衍射技术对TiN在高压下的行为进行了研究．通过实验获得的数据分析了TiN体积压缩曲线．结果表明：在0．45．4GPa的压力范围内,TiN样品的体积随着压强的增加曲线变化比较平滑,TiN没有发生相变．同时,通过三阶的Birch-Murnaghan状态方程,得出了TiN样品在相应的静水压下的体弹模量为B0=195＝4．6GPa,一阶导数B’0固定为4．     

CuAlSe2在高压下结构、弹性、热学性质的第一性原理计算

本文中我们运用第一性原理平面赝势密度泛函理论,研究了四方晶体CuAlSe2的结构、弹性性质以及热力学性质。首先通过状态方程拟合找到零温零压时的平衡体积、晶格常数、体弹模量B0以及其对压强的一阶导数 。接着分析了相对晶格常数a/a0 、c/c0以及相对体积V/ V0随压强的变化趋势。我们也研究了弹性常数随压强增大的变化趋势,C11、C33、C12、C13随着压强的增大而增大,C44和C66确随着压强的增加保持一个平稳的值基本不变。计算也表明在15GPa以前CuAlSe2的弹性常数都满足力学稳定性,表明在15GPa以前都不发生相变,与实验结果相吻合。在零温零压下我们计算得到的弹性常数和体弹模量和其它理论值实验值都比较符合。然后根据准谐德拜模型,我们分析了热膨胀系数以及比热容随压强和温度的变化关系。最后我们分析了CuAlSe2晶体在零温零压和高压下的态密度图,简单了解了一下电子结构的变化情况。     

六方HfB2晶体的弹性和热力学性质的第一性原理计算

【目的】研究六方二硼化铪(HfB2)晶体的弹性和热力学性质。【方法】基于密度泛函理论,运用广义梯度近似超软赝势平面波方法,对六方 HfB2晶体的结构进行了几何优化。在压强0~200GPa范围内,对六方 HfB2的弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量随压强的关系进行了第一性原理计算。在零压下,运用模守恒赝势下的有限位移理论计算了六方HfB2晶体的声子色散关系。根据准谐德拜近似,由声子态密度计算六方 HfB2的焓、熵、自由能和等容热容随温度的变化关系。【结果】当压强为0时,C11=606.70GPa,C12=100.29GPa,C13=141.72GPa,C33=480.01GPa,C44=272.40GPa,BH=272.70GPa,GH=244.09GPa,EH=564.00GPa,vH=0.115,且所有弹性常量随着外加压强的增大而增大。【结论】0~200GPa范围内晶体结构稳定,无相变发生。在零压下,由声子色散关系得到的带隙为3.36×1012Hz;焓与熵随温度升高而增大,自由能随温度增加而减小;等容热容随温度的升高而增大,逐渐趋近经典极限值。
     

六方HfB_2晶体的弹性和热力学性质的第一性原理计算

【目的】研究六方二硼化铪(HfB_2)晶体的弹性和热力学性质。【方法】基于密度泛函理论,运用广义梯度近似超软赝势平面波方法,对六方HfB_2晶体的结构进行了几何优化。在压强0~200GPa范围内,对六方HfB_2的弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量随压强的关系进行了第一性原理计算。在零压下,运用模守恒赝势下的有限位移理论计算了六方HfB_2晶体的声子色散关系。根据准谐德拜近似,由声子态密度计算六方HfB_2的焓、熵、自由能和等容热容随温度的变化关系。【结果】当压强为0时,C11=606.70GPa,C12=100.29GPa,C13=141.72GPa,C33=480.01GPa,C44=272.40GPa,BH=272.70GPa,GH=244.09GPa,EH=564.00GPa,vH=0.115,且所有弹性常量随着外加压强的增大而增大。【结论】0~200GPa范围内晶体结构稳定,无相变发生。在零压下,由声子色散关系得到的带隙为3.36×1012Hz;焓与熵随温度升高而增大,自由能随温度增加而减小;等容热容随温度的升高而增大,逐渐趋近经典极限值。     

压强对MgO光弹系数影响的第一性原理研究

为探究压强对光弹系数(压光系数与弹光系数)的影响,以氧化镁(MgO)为研究对象,利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,分别计算均匀加压和单轴加压对MgO光弹系数的影响,并与相关实验对比.结果表明:无论均匀加压还是单轴加压,当压强较小时,光弹系数各分量的波动较大,随着压强增加,光弹系数各分量趋于稳定,这一规律与实验结果相符.此外,均匀加压时,由第一性原理计算得到弹光系数分量之和q11+2q12随压强的变化趋势与实验结果相符;施加0.056 GPa单轴压强时,由第一性原理计算得到压光系数分量之差π11-π12的值为1.25×10~(-3)GPa~(-1),与相同压强下的实验值1.22×10~(-3)GPa~(-1)很接近.     

RbCaCl3晶体的弹性及热力学性质研究

运用第一性原理赝势平面波密度泛函理论的方法,并结合准谐德拜模型,对钙钛矿结构RbCaCl_3晶体的弹性性质和热力学性质进行研究。以优化的结构为基础,计算了在P=0GPa、T=0K条件下,RbCaCl_3晶体的晶格常数、弹性常数、体弹模量B和剪切模量G,与实验值符合较好;同时计算了RbCaCl_3晶体在零压下的B/G值,根据晶体力学稳定性条件首次推测出RbCaCl_3的相变压强约为10.5GPa。利用准谐德拜模型,计算得到RbCaCl_3在300K的德拜温度,并得到RbCaCl_3的相对体积、热容、热膨胀系数及德拜温度与压强和温度的关系;在高温时,其等体热容Cv接近于Dulong-Petit极限。     

BaLiF_3晶体的弹性及热力学性质研究

运用第一性原理赝势平面波密度泛函理论的方法,结合准谐德拜模型,对钙钛矿结构BaLiF_3晶体的弹性及热力学性质进行研究.以优化结构为基础,计算了在p=0GPa、T=0K条件下,BaLiF_3晶体的晶格常数、弹性常数、体弹模量和剪切模量,它们与实验值及其他理论值相符很好.计算了BaLiF_3晶体在零压下的B/G值,根据晶体力学稳定条件得出BaLiF_3的相变点约为186GPa.利用准谐德拜模型,计算得到BaLiF_3在300K的德拜温度,并得到BaLiF_3的体积、热容、热膨胀系数α、相对德拜温度与温度和压强的关系.在高温时,其热容接近Dulong-Petit极限.     

CuAlO_2的相变和热力学性质的理论计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波赝势方法,用广义梯度近似(GGA)作为交换关联势,分别计算了CuAlO2的三角形(3R)和六角形(2 H)两种结构之间的相变及其热力学性质.通过分析能量-体积的关系,发现从3R到2 H的相变压强是27.5GPa.通过准谐德拜模型,得到了三角形(3R)和六角形(2 H)两种结构CuAlO2的热力学性质,其中包括德拜温度ΘD,热熔CV,热膨胀系数α和格林艾森参数γ在温度0-800K和压强0-27.5GPa及27.5-100GPa时的变化情况.通过对CuAlO2的能带结构进行分析,得知零压下价带在L点取得最大值,而在导带的Г点取得最小值,帯隙为1.858eV.