ZnO电子结构及高压相变的第一性原理研究

基于屏蔽交换的LDA方法研究了高压下B4及B1相ZnO的能带结构和态密度特性;使用GGA WC交换关联泛函,计算了B4,B3,B2和B1相结构ZnO的基态能量、晶格常数、体模量及其对压力的导数.计算结果表明：ZnO在从纤锌矿（B4）转变为岩盐（B1）结构的过程中,存在着一个亚稳平衡过渡相,即闪锌矿结构（B3）.计算得到的相变压Ptr表明：随着外压的增加,ZnO将依照B4→B3→B1→B2的路径发生一系列的结构相变,相变压依次为Ptr（B4→B3）=3.156 GPa,Ptr（B3→B1）=7.996 GPa,Ptr（B4→B1）=9.855 GPa,Ptr（B1→B2）=253.605 GPa.     

高压下AlN纳米带的Raman光谱特性

利用原位高压Raman技术, 在0~29.83 GPa内研究AlN纳米带的高压相变, 并计算各振动模式与压力间的关系及压力系数和Grüneisen常数. 结果表明: 当压力约为17.34 GPa时, 晶体由六角纤锌矿结构向立方岩盐矿结构转变, 在21.28 GPa时相变结束; 在相变过程中观察到岩盐矿结构AlN晶体的Raman散射信号, 确定岩盐矿结构AlN晶体的Raman散射信号来自岩盐矿结构的无序声子散射.     

高压下AlN纳米带的Raman光谱特性

利用原位高压Raman技术,在0~29.83GPa内研究AlN纳米带的高压相变,并计算各振动模式与压力间的关系及压力系数和Grüneisen常数.结果表明:当压力约为17.34GPa时,晶体由六角纤锌矿结构向立方岩盐矿结构转变,在21.28GPa时相变结束;在相变过程中观察到岩盐矿结构AlN晶体的Raman散射信号,确定岩盐矿结构AlN晶体的Raman散射信号来自岩盐矿结构的无序声子散射.     

FeO熔化曲线的分子动力学模拟

利用壳层模型分子动力学方法,研究了高温高压条件下FeO的熔化温度,同时还计算了温度在300K及压强上升到140 GPa时FeO的状态方程.作者在研究中,考虑了分子动力学模拟熔化存在的过热现象,通过晶体的现代熔化理论,对FeO的分子动力学模拟熔化温度进行了修正,获得了高温高压下FeO正确的熔化温度.因此,为常压下利用壳层模型分子动力学研究物质熔化提供了一种较好的方法,该方法亦可进一步推广应用到其它物质的高压熔化研究工作.     

MgO高温高压下的P-V-T关系

本文利用分子动力学方法和有效经验对势模型对MgO高温高压下的物态方程进行了研究,发现分子动力学方法得到的MgO岩盐结构的摩尔体积(温度范围:300-2000 K,压力范围:0～100 GPa)和实验结果吻合;另外,基于势模型的可靠性预测了300-2000K和0～100 GPa的温压范围内MgO岩盐结构的P-V-T关系,并对两种势模型计算结果进行了比较研究.计算得到的高温高压下MgO物态方程在地球物理学具有重要的参考价值.     

稀土掺杂氮化铝稀磁半导体纳米颗粒的高压相变研究

利用金刚石对顶砧和原位角散高压同步辐射X射线衍射技术,对电弧法制备的、稀土元素钪和钇掺杂的氮化铝(AlN)纳米颗粒进行了最高压力分别为51.29 GPa和33.80 GPa的高压相变研究.实验结果表明:钪和钇掺杂的AlN分别在压力为20.09 GPa和19.70 GPa时发生由六方纤锌矿结构向立方岩盐矿结构的转变,在压力分别为28.12 GPa和28.60 GPa时完全转变为立方岩盐矿结构;卸压后,岩盐矿结构保留下来,相变过程不可逆.通过对比研究我们发现,相同制备条件、相同形貌和尺寸的两个样品的相变点较之AlN纳米线均有所降低,高于AlN纳米晶,接近于AlN体材料,相变开始到结束的时间间隔缩短.对比两个实验结果,掺杂具有大离子半径的钇的样品相变点低于掺杂离子半径较小的钪的样品.结合原位角散高压X射线衍射研究结果,我们认为掺杂引起相变点降低是由于掺杂后引入的杂质离子及其诱导产生的铝空位导致AlN晶格结构畸变进而降低了掺杂AlN晶体结构的稳定性.     

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ε-Fe的磁性和热力学性质

在密度泛函（DFT）理论的框架内,我们利用平面波赝势及准谐德拜模型研究了六角结构铁的磁性,热力学性质和融化曲线.磁性对六角结构铁的影响较大,影响的压力范围从0 GPa到72.9 GPa.利用准谐德拜模型,很好的得到了热胀系数,体模量随压力和温度的关系.计算得到的晶格热容, 熵与德拜温度的数据与实验值符合较好.利用Lindemann熔化定律,得到了六角铁在地核压力范围内的熔化曲线.在地核压力（约330 GPa）下,铁的熔化温度为6160 K.     

高压下ε-Fe的磁性，热力学性质及熔化曲线

在密度泛函（DFT）理论的框架内, 我们利用平面波赝势及准谐德拜模型研究了六角结构铁的磁性,热力学性质和融化曲线. 磁性对六角结构铁的影响较大,影响的压力范围从0 GPa到72.9 GPa. 利用准谐德拜模型, 很好的得到了热胀系数, 体模量随压力和温度的关系. 计算得到的晶格热容, 熵与德拜温度的数据与实验值符合较好。利用Lindemann熔化定律,得到了六角铁在地核压力范围内的熔化曲线. 在地核压力（约330GPa）下,铁的熔化温度为6160 K.     

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...     

ZnSe高压物性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了ZnSe的三种结构岩盐结构(RS)、闪锌矿结构(ZB)及六方纤锌矿结构(WZ)的结构性质.通过等焓原理得到ZnSe从ZB结构转变为RS结构的相变压强约为15.5GPa,与实验值符合得比较好.计算出ZnSe在不同压强下ZB结构的弹性常数,通过准谐德拜模型得到不同温度下ZB结构的热膨胀系数与压强的关系等热力学性质.     

GaN相变及热力学性质的理论研究

利用基于密度泛函理论的第一原理方法研究了GaN的纤锌矿、闪锌矿、氯化钠三种结构的结构性质以及高压下GaN的相变.利用焓相等原理得出GaN从闪锌矿结构到氯化钠结构的相变压强约为41.9GPa,与实验值和他人理论计算值相符合.通过准谐德拜模型得到了GaN的闪锌矿和氯化钠两种结构不同温度下热膨胀系数与压强的关系,不同温度下体积与压强的关系以及不同压强下热容与温度的关系.     

SiC相变和热动力学性质的第一性原理计算(英文)

利用基于密度泛涵理论的全势能线性糕模轨函法计算了闪锌矿(ZB)和岩盐(RS)结构的SiC的相变和热动力学性质.结果发现SiC从ZB结构到RS结构的相变压力为55.9GPa,与其他计算结果一致.通过实验测得SiC在高温高压条件下的性质存在较大困难,因此基于准谐德拜模型本文研究了ZB结构和RS结构的热动力学性质,并且成功得到了相对体积V/V_0随压强P,热膨胀系数随温度T,德拜温度■和热容Cv随压强,以及热容随温度的变化关系,其中相对体积V/V_0随压强P的变化关系与实验结果吻合的较好.     

Electronic and structural transitions in dense liquid sodium

At ambient conditions, the light alkali metals are free-electron-like crystals with a highly symmetric structure. However, they were found recently to exhibit unexpected complexity under pressure. It was predicted from theory--and later confirmed by experiment--that lithium and sodium undergo a sequence of symmetry-breaking transitions, driven by a Peierls mechanism, at high pressures. Measurements of the sodium melting curve have subsequently revealed an unprecedented (and still unexplained) pressure-induced drop in melting temperature from 1,000 K at 30 GPa down to room temperature at 120 GPa. Here we report results from ab initio calculations that explain the unusual melting behaviour in dense sodium. We show that molten sodium undergoes a series of pressure-induced structural and electronic transitions, analogous to those observed in solid sodium but commencing at much lower pressure in the presence of liquid disorder. As pressure is increased, liquid sodium initially evolves by assuming a more compact local structure. However, a transition to a lower-coordinated liquid takes place at a pressure of around 65 GPa, accompanied by a threefold drop in electrical conductivity. This transition is driven by the opening of a pseudogap, at the Fermi level, in the electronic density of states--an effect that has not hitherto been observed in a liquid metal. The lower-coordinated liquid emerges at high temperatures and above the stability region of a close-packed free-electron-like metal. We predict that similar exotic behaviour is possible in other materials as well.     

Shock wave on materials

Shock wave is associated with dynamic loading that can result in phase transition（PT）, optical and mechanical property changing, and chemical reaction on materials. Here, we report recent progress about shockinduced PT of polycrystalline iron, the underlying mechanism of the optical emission from sapphire, and the synthesis from single-phase Ru Si in the National Key Laboratory of Shock Wave and Detonation Physics.Results indicated that grain boundary（GB） could affect the PT pressure threshold and rate of iron, the pressure threshold decreases with decreasing GB defects, and the PT rate shows a variation with increasing GB size; wavelength-dependent optical emissivity（non-gray-body emission） would be generated that was not revealed previously for shocked sapphire, and the observed luminescence was from the shock-induced shear bands, but without superheating phenomenon; shock compression could be an effective way to synthesis Ru-Si nanocrystals, when the shock pressure was appropriate; and Ru-Si powder could completely transform to fine-grain structure Cs Cl-type RuSi at 40.4 GPa.     

Melting of iron at the physical conditions of the Earth's core

Seismological data can yield physical properties of the Earth's core, such as its size and seismic anisotropy. A well-constrained iron phase diagram, however, is essential to determine the temperatures at core boundaries and the crystal structure of the solid inner core. To date, the iron phase diagram at high pressure has been investigated experimentally through both laser-heated diamond-anvil cell and shock-compression techniques, as well as through theoretical calculations. Despite these contributions, a consensus on the melt line or the high-pressure, high-temperature phase of iron is lacking. Here we report new and re-analysed sound velocity measurements of shock-compressed iron at Earth-core conditions. We show that melting starts at 225 +/- 3 GPa (5,100 +/- 500 K) and is complete at 260 +/- 3 GPa (6,100 +/- 500 K), both on the Hugoniot curve-the locus of shock-compressed states. This new melting pressure is lower than previously reported, and we find no evidence for a previously reported solid-solid phase transition on the Hugoniot curve near 200 GPa (ref. 16).     

高压条件下几种简单金属的溶化性质

熔化熵和熔化体积是物质的重要热学参量,研究物质在高压条件下的熔化性质有助于推动高压物理、材料科学和凝聚态物理等学科的发展.应用分子动力学方法计算铝、铜、镍、钽、硅5种单质分别在2、4、6和8GPa压强下与熔化有关的参量.计算结果表明:铝、铜、镍、钽4种单质的熔化温度随压强增大而增大,熔化体积增率和熔化熵随压强增大而减小;硅单质的熔化温度和熔化熵随压强增大而减小,熔化体积增率随压强增大而增大.并对硅单质在高压条件下所表现出的特殊熔化性质进行理论解释.     

高压下3C SiC的电子结构、弹性与热力学性质

运用密度泛函理论的超软赝势平面波方法对3C SiC晶体结构进行了几何优化,得到与实验值相符的晶格参数,在压强为0～100GPa范围内对3C SiC的电子结构与弹性进行了计算,结果表明晶体结构是稳定的,且带隙随着压强的增大而减小。然后利用准谐德拜模型研究了3C SiC在温度为0～2100K、压强为0～100GPa范围内的热力学性质,结果表明其等容热容、热膨胀系数及熵函数都随温度的升高而增大,随压强的增大而减小,而德拜温度随温度的升高而减小,随压强的增大而增大。     

氧化物薄膜的高热稳定性能及其在晶体生长中的应用

通常过冷液态可作为亚稳态存在而不发生凝固,但实现高于熔点的过热却非常困难.REBa_2Cu_3O_7-y(REBCO)薄膜过热性能的发现突破了传统理论对过热现象的认识,掀起了相关课题的研究热潮,激发人们在应用上实现它的实用价值.简单介绍了REBCO超导薄膜的过热现象、物理机制,着重综述了其在超导材料生长应用领域的重要结果和最新进展,为新型高热稳定性薄膜结构的探索提出了一种新思路,为籽晶诱导生长高熔点材料提供了一种新途径.