NaH高压相变、弹性和热力学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论,通过平面波赝势方法计算研究了NaH的高压结构相变、弹性和热力学性质.详细计算了NaH的平衡晶格常数a0,弹性常数Cij,体积弹性模量B0及其导数B0′.结果显示:本文计算值与实验值和其他理论值一致.利用吉布斯自由能等熵条件计算发现,NaH从B1结构向B2结构发生相变时的相变压为30.5GPa,体积塌缩率为4.5%,与实验值(29.3±0.9)GPa接近,但小于其他理论计算值(37.0GPa).采用静水有限应变技术计算研究了弹性常数Cij、弹性波速、德拜温度ΘD、弹性各向异性因子随压力的变化关系.根据准谐德拜模型,计算研究了NaH的热容Cv和热吸收系数α等热力学性质.所选择的压力范围为0~50GPa,温度范围为0~1500K.     

高压下GaAs的光学性质的第一原理研究

应用密度泛函理论体系下的平面波赝势(PWP)和局域密度近似(LDA)方法,利用第一性原理对不同压强下半导体GaAs闪锌矿结构的光学性质进行了模拟计算,得到了各个高压下平衡时晶格常数、总能量和吸收光谱等性质,并结合实验值详细地讨论了高压下GaAs的光学性质.     

高压下CaTe电子结构及相变的理论研究

基于密度泛函理论,采用Gaussian基矢和有效赝势,分别计算了CaTe的岩盐矿结构、磷化锰结构和氯化铯结构的总能量随压强的变化.结果表明随着压强的增加CaTe从岩盐矿结构转变为磷化锰结构,而后转变为氯化铯结构.相变顺序和相变压强与实验值基本一致,但不存在磷化锰和岩盐矿结构共存的混合结构.另外对CaTe为岩盐矿结构的晶格常数、电子态密度和带隙随压强的变化关系进行了计算和分析.     

高压下LaB6的弹性和热力学性质的第一性原理计算

运用平面波赝势密度泛函理论,研究了CsCl结构的LaB6在高压下的弹性和热力学性质. 计算中使用了广义梯度近似,得到在零温零压下LaB6的晶格常数和已知的实验和其它理论结果相符。同时,我们还得到了LaB6的弹性常数Cij,体弹模量B,剪切模量G,杨氏模量E,德拜温度ΘE,泊松系数σ,压缩波速VL和剪切波速VS与压强的关系。计算发现LaB6在低于14 GPa具有力学稳定性. 根据准谐德拜模型,我们还预测了CsCl结构LaB6的热力学性质,对0-14 GPa 和0-1500 K 范围内热膨胀系数和比热容的变化进行了研究. 最后分析了LaB6在零温零压和高压下的电子态密度图.     

CeO2高压下的结构相变及热力学性质

【目的】研究CeO2在高压下的结构相变及热学性质。【方法】采用第一性原理计算及准谐德拜模型。【结果】发现CeO2由fcc结构到PbCl2结构的相变压强为37.3GPa,并得到了物态方程、热胀系数、热容、Grüneisen参数、德拜温度等。【结论】成功预测了CeO2的相变压,及两种结构在高温高压下的热力学性质。     

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。     

半羟化的碳化硅片的第一性原理研究

通过密度泛函理论,研究了碳化硅片被羟化时的电磁特性.所研究的碳化硅片为六角蜂窝状结构,碳硅原子之比为1∶1,相间排列.由于碳化硅片中含碳、硅两种元素;为此,分别考虑了全部的碳原子以及全部的硅原子分别被羟化的情形,结果发现了丰富的电磁特性.由于羟基对羟化原子的吸引作用,碳硅原子出现分层,对应于碳、硅原子被羟化时的碳硅层间距分别为0.671、0.390,碳硅键长度也分别伸长为1.904、1.861,而对应的键角C-O-H与Si-O-H分别为107.8°、114.1°,表现了新奇的几何结构特点.由形成能计算发现羟化是放热的,说明此过程易实现.为寻找到最稳定的磁状态,分别考察了铁磁、反铁磁以及非磁三种构型,结果发现,当所有碳原子被羟化时,材料为非磁性的正常金属;而当其中所有的硅原子被羟化时,是直接带隙为1.12 eV的反铁磁半导体.其中,硅被羟化时的结构更稳定.这些说明通过调节碳化硅片中羟化的不同位置,可以有效地调节碳化硅片的电磁特性,预示着在未来的纳米功能材料中可能的应用.     

Ru:LiNb03晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究

对Ru:LiNbO3晶体基态的几何结构、电子结构和光学特性等进行了系统的研究.基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面渡超软赝势方法,时Ru:LiNbO3基态平衡时的几何参量、内部坐标进行了优化计算,且计算出能带结构和态密度分布,并分析了不同原子对能带结构的影响.对光学性质进行计算,得出Ru:LiNbOa的介电函数以及吸收谱,理论结果与实验符合得很好.本研究为向LiNb03晶体中掺Ru和进行含Ru的双掺杂提供了理论依据.     

PbF2电子和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论, 采用赝势平面波方法研究了立方萤石结构PbF2的电子和光学性质. 基态下, 晶格常数a, 体积弹性模量B0与实验值和其他理论计算值一致. 通过其能带的研究, 发现立方萤石结构PbF2是一种直接帯隙绝缘体材料, 禁带宽度为4.41eV. 密立根电荷布居数和重叠集居数显示, 电子从Pb向F转移, 电荷主要集聚在Pb F键方向, 且PbF2是一种共价键与离子键共存的化合物. 为了更进一步的研究PbF2的光学性质, 本文还计算了PbF2的介电性质、吸收系数、复折射率、能量损失谱以及反射率. 结果表明: PbF2的主要吸收光区位于紫外光区, PbF2是一种优良的紫外光学材料.     

压强下TaB2力学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,在广义梯度近似下运用纯理论计算方法得到TaB2的晶格常数、弹性模量、切变模量和泊松比等力学参数,研究了TaB2在不同压强下的弹性常数、体弹模量和态密度.结果表明:随着压强的增加,TaB2的弹性常数和体弹模量随之增加,而相对晶格常数和相对体积则随着压强的增加而减小;在一定压强下,TaB2沿着c轴方向的压缩性要比a轴方向的大.依据Bardeen-Cooper-Schrieffer超导理论,TaB2在其费米能级处的态密度值随着压强的增加而降低,说明它的超导转变温度Tc随着压强的增加而降低.     

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。     

Cu掺杂ZnS的第一性原理计算

采用第一性原理的平面波赝势方法和广义梯度近似,研究了闪锌矿ZnS掺杂Cu前后的电子结构和光学性质。通过对掺杂前后电子能带结构,态密度以及分态密度的计算和比较,发现引入杂质Cu后,在价带顶Cu3d态与S3p态发生p-d排斥,造成价带顶向高能端移动;在导带底Zn4s与Cu3p相互重叠,发生杂化,引起导带向低能端偏移,两方面的作用使得ZnS的带隙变小。掺Cu后ZnS的光吸收向低能端扩展,并且在可见光区生成新的吸收峰。     

氮化钒热力学性质的第一性原理计算

通过投影扩大波方法预测了氮化钒的热力学性质,计算的晶格常数和前人理论实验结果相吻合.通过准谐德拜模型获得了高温高压下相对体积、体弹模量、热力学常数和热熔的变化情况.结果表明,低温低压下,热力学常数随温度迅速增加,在较高的温度和压力下,增长趋于平缓;低温时,热熔与温度的三次方成正比,并且高温时接近于杜隆普蒂常数.     

碳纳米管和硼纳米管热膨胀性能的第一性原理研究

采用密度泛函及分子动力学理论,对碳纳米管和硼纳米管的热膨胀性能进行了研究.研究发现小管径的硼纳来管具有出较好的反膨胀性能,硼纳米管的反膨胀性能与管径的关系和碳管的结果不同.低温下,硼六边形中心的硼原子的横向振动模式可能是其反膨胀性能的主要原因.小管径的硼纳米管的反膨胀性能可以和碳纳米管的性能相比较,表明小管径的硼纳米管在反膨胀领域具有很高的应用前景.     

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.     

Be掺杂ZnO的第一性原理计算

基于第一性原理的Hartree—Fock和密度泛函理论（DFT）混合近似,对纤锌矿ZnO及不同量Be掺杂BexZn1-xO进行了计算．结果表明,Be的掺入导致BexZn1-xO的禁带宽度增大,这一结果与实验有着较好的符合．同时对BexZn1-x的晶格结构、能带结构及电子态密度进行了分析,Be的掺入致使Zn 4s态向高能端移动是禁带宽度增大的主要原因．     

羟基磷灰石生物材料的第一原理计算

通过密度泛函理论计算来研究原子尺度羟基磷灰石晶体结构和电子结构,结果表明,羟基磷灰石为P63空间群六方单胞,点阵参数为a=0.9302nm、b=0.9303nm、c=0.6770nm,α=90°、β=90°、γ=120°.单胞总态密度主要是由各原子s,P,d电子态组成,费米能级主要是氧的2p4轨道的贡献,表明单胞结构中氧的2p电子最活泼,将优化后结构的衍射图谱和实验衍射图谱进行了比较,匹配较好.     

用第一性原理计算六角BC2N的光学性质

基于采用密度泛函理论详细计算了六角化合物BC2N的光学性质,包括介电函数、折射指数、吸收、能量损失谱、反射,计算结果表明:六角化合物BC2N的光学性质与c-BN的光学性质相似.     

5d过渡金属二氮化物的第一性原理研究

基于密度泛函理论平面波赝势的第一性原理方法,对5d过渡金属TM(包含Hf,Ta,W,Re,Os,Ir,Pt,Au元素)二氮化物TMN2的晶格常数、电子结构和力学性能进行了计算。计算结果表明,5d周期纯金属中Os具有最大的体弹性模量和剪切模量;构成的二氮化物中PtN2具有较高的体弹性模量和稳定结构,是可能的超硬材料;态密度分析表明,过渡金属原子的5d轨道与氮原子的2p轨道之间发生了强烈的杂化现象,二者之间形成了共价键。     

(n,n)扶椅型单臂ZnO纳米管的第一性原理

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统研究了(n,n)扶椅型单臂ZnO纳米管的电子结构和属性。能量计算结果显示(n,n)扶椅型单臂ZnO纳米管的结合能都是负的,表明扶椅型单臂ZnO纳米管在基态下可稳定存在。当扶椅型ZnO纳米管直径增大,体系基态能量减小,ZnO纳米管体系趋于更加稳定的状态。其次,能带结构计算结果揭示扶椅型ZnO纳米管为直接宽带隙半导体材料,禁带宽度大于ZnO体材料的值,纳米管的整个价带随着纳米管管径的逐渐增加而被明显展宽,纳米管的价带向低能方向出现了明显的漂移现象。另外,在ZnO纳米管价带顶部出现了由表面效应引起的缺陷态能级。光学属性计算结果显示,吸收光谱发生了蓝移现象,计算的纳米管吸收带边对应于光谱的紫外波段,表明(n,n)扶椅型单臂ZnO纳米管是一种很有前途的紫外半导体发光材料。