难熔元素合金化NiAl合金的第一性原理计算

基于密度泛函理论,研究了合金元素Zr、Hf、Nb、Ta对NiAl合金的电子结构、力学性能和热学性能的影响,分析了合金相的晶胞参数、态密度、韧脆性以及焓、自由能、熵、德拜温度和热容。研究表明:Zr、Hf、Nb和Ta在晶胞结构中都倾向于取代Al位点,合金化后晶胞的晶格参数和晶胞体积均增加到不同程度。态密度图显示0～20 eV能量范围内,态密度分布均较为平均,没有局域的态密度(density of states, DOS)尖峰,-10～0 eV能量区间内态密度均出现最强峰。由柯西压力值判断,Zr、Hf、Nb、Ta的加入均使柯西压力值增大,且合金相模量比(ratio of shear modulus to bulk modulus,G/B)的值均小于0.57,合金相表现出相对韧性。在0～1 700 K温度范围内,合金相的焓、熵均随温度的升高而增大,当温度高于400 K时,合金相的德拜温度均趋于420 K;随着温度的升高,合金相的热容值均趋近于杜隆-珀蒂极限值,表明合金化后结构体现出良好的热力学性能。     

纳米管的第一性原理计算

基于Hartree-Fock和密度泛函理论(DFT)混合近似下的第一性原理计算,系列地研究了单壁碳纳米管(扶手椅管、锯齿管、手性管)和单壁氮化硼纳米管的杨氏模量、卷曲形变能以及电子能带结构.分析了单壁碳纳米管的管径、管型和能隙宽度对其杨氏模量理论计算值的影响,给出了纳米管管径和手性对卷曲形变能的影响.     

Al-Zr二元合金的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的第一原理方法,计算了Al-Zr二元合金系金属间化合物的晶格常数、体弹性模量和形成焓,计算结果与已有的实验值和其他理论结果符合得很好.     

新型二元半导体CdSe的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对CdSe在44~80 GPa压力区间提出的新高压相的结构、电子能带、局域电荷密度、晶格动力学和力学稳定性进行了研究.结果表明:CdSe的Pnma新相是动力学稳定的,达到80 GPa;压力致使Pnma相能隙发生闭合;根据力学稳定性判据得出Pnma相是力学稳定的.     

δ相铁的晶格结构与相变的第一性原理计算

基于从头算的密度泛函理论及其微扰理论,利用广义梯度近似(GGA-PBE-1996)和赝势法,优化计算BCC-δ相铁的能量与晶格结构的关系,并得到了铁的熔化温度Tm与压强P的关系.研究结果表明:在0-6 Gpa下,计算BCC-δ相铁的熔化温度应考虑体积功的影响.     

纤锌矿Zn1-xMgxO合金相结构稳定性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论中局域密度近似下的VASP程序包,在考虑所有掺杂构型前提下,对Zn1-xMgxO合金的晶格参数、禁带宽度以及形成焓随Mg含量的变化进行了系统地计算.计算结果表明：随着Mg含量的不断增加,纤锌矿Zn1xMgxO合金的平均晶格常数变化不遵循Vergard定律;合金的禁带宽度随着Mg含量增加满足二次函数关系Eg=3.43＋2.24x＋0.68x2,与实验结果一致,不同掺杂原子构型禁带宽度的差异是纤锌矿Zn1-xMgxO合金中发光光谱宽化的重要原因;对比分析纤锌矿、闪锌矿和熔岩矿三种相结构的Zn1-xMgxO合金形成焓的计算结果发现,当Mg掺杂比例为37.5%时,Zn1-xMgxO合金由纤锌矿向熔岩矿结构转变;闪锌矿Zn1-xMgxO合金形成焓始终低于纤锌矿,在特殊的条件下,可以形成闪锌矿Zn1-xMgxO合金相.     

高压下固相硝基甲烷光学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法,计算了高压下固相硝基甲烷的光学性质.计算获得的基态结构参数与实验和其他的理论结果相吻合.光学性质的计算表明,光吸收出现在1.5eV,压强影响下发生红移,吸收峰加宽并向高能量方向移动.同时,还系统地研究了高压下固相硝基甲烷的介电函数、折射率、反射率、吸收系数和能量损失函数在30eV内的变化情况.     

Cr掺杂锐钛矿相TiO2电子结构的第一性原理计算

对Cr掺杂TiO2进行了基于密度泛函理论的第一性原理研究．通过对能带、态密度及电子分布密度图的分析,发现在Cr掺杂后,Cr原子3d轨道上的电子在TiO2的导带底产生了不稳定的杂质能级,使得禁带宽度变窄,在较小的光量子能量照射下（即在较大波长的光照射下）它的催化性能有所提高;但由于它的杂质能级波动幅度较大,在短波长的光照射下,跃迁上的电子容易发生跌落,使得掺Cr的锐钛矿相TiO2光催化性能降低．     

半休氏勒合金LiMgAs结构和热力学性质的第一性原理计算

本文利用基于密度泛函理论的第一原理方法研究了Half-Heusler合金LiMgAs的结构性质以及热力学性质.所计算的晶格常数、弹性模量以及弹性模量对压强的导数均与实验及其他理论值相吻合.本文还计算了α、β和γ三种相的LiMgAs声子频率，发现没有虚频的α-LiMgAs热力学结构稳定，其他两相均有虚频，不稳定.本文通过准谐德拜模型，研究并获得了不同温度0～1500 K和不同压强0～70 GPa下的热膨胀系数、热容、熵、德拜温度和Grüneisen参数.我们发现，热膨胀系数、热容、熵和Grüneisen参数随温度的增加而增加，随压强的增加而减小；而温度和压强对德拜温度和弹性模量的影响和对上面其他物理量的影响恰好相反.另外，当温度高于1000 K时，热容值变化很小，遵循Dulong-Petit定律.     

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．     

固体薄膜弹性系数的第一性原理计算

因纳米薄膜晶体对称性的缺失,采用对称化的独立应变推导出了立方晶体(001)和(111)薄膜的弹性能,给出了第一原理计算纳米薄膜弹性模量的具体方案。以单质Al为例计算得到了体系的弹性系数随薄膜厚度、表面弛豫的变化关系。研究结果表明:新引入的弹性系数c_(12)~α非零且为正值,证明了薄膜的体膨胀与垂直弛豫之间存在耦合。表面弛豫使得薄膜的弹性系数和表面弹性系数明显减小,表面弹性系数c_(11)~(α,s)和c_(22)~(α,s)均为负值,数量级与前人计算结果相同。     

ZnO晶体结构参数的第一性原理计算

采用ABINIT软件计算了在Troullier-Martins赝势条件下不同晶格常数的纤锌矿结构ZnO晶体总能,获得晶体总能与晶格常数关系的数据,根据能量最小原理,获得ZnO稳定结构的晶格常数为a0=3.201,c0=5.161,c/a=1.612;对数据通过Muranghan状态方程进行拟和得到弹性模量B0=168GPa,计算结果比较接近实验值.     

Al晶界中Ti杂质效应的第一性原理计算

基于局域密度泛函理论,对AlΣ9倾侧晶界中掺杂Ti后超晶胞原子和电子结构的变化用第一性原理的赝势方法进行了模拟计算,进而研究了Ti偏析对Al晶界的影响。计算结果表明,与纯Al晶界相比,引入杂质Ti后,超晶胞的晶界略有膨胀,晶界处的电子密度明显增加,Ti原子与Al原子间形成了较强的具有共价—金属混合性质的化学键,其脆化机制可归于"bond mobility model"。     

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。     

氧化镉高压物性的第一性原理计算

基于第一性原理平面波赝势密度泛函方法, 研究了CdO的高压结构相变和弹性性质. 计算结果表明, 在零温下CdO从B1 结构到B2 结构的相变压强为90.31 GPa, 这与实验值和其它的理论计算结果符合的很好. 利用准谐德拜模型, 讨论了CdO在0-150GPa范围内下的压缩波速度、平均声速度和德拜温度.     

Mg1-xScx合金理想强度的第一性原理计算

采用第一性原理计算方法研究了Mg_1-xSc_x（0.10c合金bcc[001]和hcp[0001]理想强度随Sc组分的增加显著增加;合金bcc[001]理想强度在Sc组分从15at.%增加至25at.%时增加了25%,而hcp[0001]理想拉伸强度增加8.6%,说明Sc合金化对Mg的bcc相稳定化效果显著。MgSc合金hcp[0001]的理想强度约为bcc[001]的10倍,对应hcp[0001]理想强度的应变约为bcc[001]的3倍,说明hcp相结构稳定性显著强于bcc相。Mg和Sc基态均为hcp结构,Sc合金化对hcp合金理想强度的影响略小。     

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.     

高压下BeSe和BeTe相变和热力学性质的第一性原理计算

用从头算平面赝势密度泛函理论计算了BeSe 和BeTe从闪锌矿结构(B3)到NiAs(B8)结构的相变压强, 所得的结果与其他理论值和实验值相吻合; 通过准谐德拜模型研究了两种结构下的德拜温度和热容随压强以及温度的变化关系.     

四方晶相HfO2电子结构和弹性常数的第一性原理计算

通过基于密度泛函理论(DFT)框架下局域密度近似(LDA)平面波超软赝势法,计算了四方晶相HfO2基态的电子结构和弹性系数矩阵.根据晶体场理论和分子轨道理论分析了四方晶相HfO2的分子轨道成键,其结果与计算得到的态密度图能很好吻合.计算得到四方晶相HfO2的弹性系数C11、C12、C13、C33、C44和C66分别为397.38、256.23、114.92、390.66、52.70和168.90GPa,体积模量为234.73(±5.51)GPa,在[100]和[001]方向上的杨氏模量分别为227.51 GPa和350.26 GPa.计算结果与其他文献值基本相符,这为四方晶相FfO2的实际应用提供了理论依据.