四元Heusler合金CrFeMnAl的结构和磁性

研究了四元Heusler合金CrFeMnAl的结构和磁性。基于密度泛函理论(DEF)的第一性原理方法,借助于Materials Studio 6.0软件,对其晶体结构进行了优化。得到的最优晶格常数为5.86(0),总磁矩为0。进行了能带结构和态密度的分析,得到如下结论:四元Heusler合金CrFeMnAl自旋向上方向费米能级附近态密度为0;自旋向下费米能级处态密度不为0,磁性主要是Cr原子3d电子分别与Fe原子3d和Mn原子的3d劈裂杂化所致,CrFeMnAl是一个半金属惠斯勒合金。     

团簇V_3B_2成键及磁学性质研究

为深入研究团簇V_3B_2中成键方式及磁学性质,基于密度泛函理论(density functional theory,DFT)B3LYP/Lanl2dz水平对团簇V_3B_2进行全参数优化,对优化构型的轨道杂化和电子结构进行了系统的研究。基于总态密度及分波态密度的分析发现团簇V_3B_2所有存在的稳定构型中,V—B键的形成主要是V-3p、V-3d、B-2p的p-d-p杂化,与文献报道的p-d杂化及s-p-d杂化有所不同,且进一步的研究发现B-2p、V-3d、V-4s的p-d-s杂化及B-2s、V-4s的s-s杂化也对该键的形成有一定贡献,至今未见文献报道。基于轨道自旋态密度的磁性分析表明B的掺杂导致了团簇磁性的下降,团簇磁矩基本上是由V-3d轨道中未成对电子贡献。     

用第一性原理研究AlCu2Ti晶体的电子结构

用广义梯度近似密度泛函和全势能线性缀加平面波方法,研究了AlCu2Ti的电子结构.结果表明,总的态密度不仅依赖于过渡金属的位置,而且过渡金属的dDOS在价电子的杂化中起着关键作用.铝的3s态被排斥远离费米能级,铝的3p态比d态更扩展.总的态密度由铝的3p态调节,并且在电子间的相互作用中,铝的3p态比d态更敏感.特别地,AlCu2Ti表现出较平的DOS和弱的金属性.     

团簇Sc3BP的成键方式及磁学性质

基于B3LYP/Lanl2dz水平对团簇Sc_3BP的6种优化构型成键方式和磁学性质进行研究。通过对各优化构型的总态密度、分波态密度、轨道未成对电子数、磁矩及自旋态密度等的分析,结果表明:B-P键的形成是由B—2s和P—3s轨道的s-s杂化导致的,Sc-P、Sc-B键的形成有三种杂化方式:s-d-p-p杂化、s-p-d-p-p杂化和s-d-s-pp杂化。Sc—3d态和Sc—3p态密度存在交叉重叠,形成d-p强杂化作用。构型越相似,态密度分布及在各处的贡献就越相近。s、p、d轨道中成单电子对团簇的磁性都有贡献,其中Sc—3d轨道是主要贡献者。非金属原子P的引入导致团簇磁性的下降。     

Cu掺杂AlN的铁磁稳定性的第一性原理计算

文章采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法,结合广义梯度近似计算了Cu掺杂AlN的晶格常数、能带结构、电子态密度、铁磁态和反铁磁态的总能量,并通过平均场近似的海森堡模型估算了居里温度Tc。结果表明,Cu掺杂体系的能带结构呈现半金属性,半金属能隙为0.442eV。铁磁性是Cu原子的3d态与其最近邻的N原子的2p态通过p-d杂化作用而稳定的。当两个Cu原子相距最远且自旋平行排列时,体系具有最低的能量,估算出此时的居里温度高于室温,因此Cu掺杂AlN有望作为稀磁半导体材料。     

团簇YO-的光电子能谱的指认

采用杂化密度泛函理论研究YO团簇体系。中性分子YO的基态是二重态(2Σ),阴离子YO-和阳离子YO 的基态都是单重态(1Σ)。使用不同的基组计算团簇YO的电子亲和能和电离能。用含时密度泛函理论计算团簇YO的低能激发态,从理论上指认实验光电子能谱的谱峰。     

不同氧化锆相的稳定性及电子结构的第一性原理研究

通过密度泛函理论计算了不同氧化锆相的晶体结构参数,在所有晶相模型结构优化的基础上,分析了在一般温度和压力下不同晶相稳定程度不同的原因。使用3种不同的泛函计算了不同晶相的电子能带结构和态密度电荷差分密度,发现在氧化锆高温稳定相体系中,由于强关联电子的相互作用增强,传统密度泛函理论的广义梯度近似平面波超软赝势泛函及其修正的Hubbard U方法都会严重低估能带带隙,因此所得各层能带位置不准确,而使用B3LYP杂化泛函计算的结果则可以很好地与已有实验结果相吻合。结合杂化泛函计算出的态密度和差分密度数据,在理论上从电子间相互作用的角度解释了氧化锆不同晶相的稳定性、导电性及光吸收性能。     

不同负载方法制备镍金属有序介孔氧化铝催化剂的结构及性能

采用原位合成技术制备出负载镍金属介孔氧化铝催化剂,同时采用过量浸渍法在已合成的有序介孔氧化铝和普通氧化铝上负载镍金属。采用BET、TEM、XRD、XPS、TPR、ICP-OES多种测试技术对3种催化剂结构特征、镍金属与载体的相互作用进行了表征,同时采用甲烷化反应验证3种催化剂的催化性能。实验结果表明, 两种方法制备的负载镍金属介孔氧化铝催化剂相对于普通氧化铝结构稳定、孔径分布窄。原位合成的负载镍金属催化剂负载量大,镍金属与载体的相互作用力强。但金属的价态为难还原的偏铝酸镍,对甲烷化反应催化性能不高。过量浸渍法制备有序介孔氧化铝催化剂孔结构稳定,镍分散性好,价态以易还原的氧化镍为主,其催化性能要高于普通氧化铝,表明合成的有序介孔氧化铝在催化领域将具有重要的应用价值。     

钇铁榴石中Fe~(3+)离子的吸收光谱和EPR零场分裂研究

本文在晶体场理论的基础上．用晶场自旋——轨道耦合矩阵对钇铁榴石（YIG）中Fe3+（3d5组态）离子的吸收光谱，基态分裂常数，零场分裂参量D进行了统一计算．所得结果与实验符合较好，说明自旋——轨道耦合作用是导致基态分裂的主要原因，解释了被认为是一个理论疑惑的Fe3+离子零场分裂参量D问题。     

Ag掺杂对单层MoS_2的电子结构和光学性质影响

基于密度泛函理论框架下的平面波超软赝势方法,计算了Ag掺杂单层MoS_2中的能带结构、态密度和光学性质.计算结果显示单层MoS_2具有直接带隙结构,禁带宽度为1.63 eV;Ag掺杂后,Ag 4d与S 3p,Mo 4d发生轨道杂化,在费米能级处产生了多条杂化能级,表现为半金属特性,其中吸收峰、反射峰和能量损失峰峰值均有不同程度减小并向低能方向发生偏移,计算结果为Ag掺杂单层MoS_2的光电子器件制备提供了理论依据.     

La_(1-x)Ca_xMnO_3的电子结构与磁有序研究

采用DV-Xa分子轨道法计算了不同掺杂浓度的立方结构钙钛矿La_(1-x)Ca_xMnO_3体系的电子结构,分析了体系磁电特性随钙浓度变化的特征.结果表明:自旋相关的锰3d—氧2p轨道杂化出现在整个体系中.未掺杂体系具有金属型导电性,费米能级处多数自旋子带的态密度高于少数子带.随着掺杂浓度的提高,体系发生金属-半金属相变.与此同时,锰离子磁矩单调降低,与3d带自旋交换劈裂的变化规律一致.掺杂的钙提高了锰3d和氧2p电子波函数的交迭,加强了Mn-O-Mn超交换作用,使CaMnO3呈现G型反铁磁态.LaMnO_3中锰3d和氧2p波函数的交迭最弱,呈铁磁有序.     

单电流注入的三维MREIT快速重建及实验

磁共振电阻抗成像（MREIT）是将磁共振成像（MRI）与传统电阻抗成像（EIT）技术相结合的一种电导率成像技术,通过提供成像体精确的几何信息与成像体内部的磁通密度值,改善了电阻抗成像的病态性,使得电导率图像的分辨率显著提高．针对MREIT系统的快速成像问题,在分析磁共振电阻抗成像的数学模型和正逆问题的基础上,提出利用单次电流的磁通密度分量即可进行电导率图像重建的方法,缩短了测量时间,并降低了电极间的电磁干扰;将灵敏度矩阵法扩展到三维MREIT,采用半解析法计算灵敏度矩阵,使得图像重建速度得到提高;并通过仿真与仿体实验验证了该方法的有效性．结果表明获得的电导率分布图像具有较高的分辨率和图像质量,测量与重建时间的缩短为MREIT的临床应用奠定了基础．     

Iron-silica interaction at extreme conditions and the electrically conducting layer at the base of Earth's mantle

The boundary between the Earth's metallic core and its silicate mantle is characterized by strong lateral heterogeneity and sharp changes in density, seismic wave velocities, electrical conductivity and chemical composition. To investigate the composition and properties of the lowermost mantle, an understanding of the chemical reactions that take place between liquid iron and the complex Mg-Fe-Si-Al-oxides of the Earth's lower mantle is first required. Here we present a study of the interaction between iron and silica (SiO2) in electrically and laser-heated diamond anvil cells. In a multianvil apparatus at pressures up to 140 GPa and temperatures over 3,800 K we simulate conditions down to the core-mantle boundary. At high temperature and pressures below 40 GPa, iron and silica react to form iron oxide and an iron-silicon alloy, with up to 5 wt% silicon. At pressures of 85-140 GPa, however, iron and SiO2 do not react and iron-silicon alloys dissociate into almost pure iron and a CsCl-structured (B2) FeSi compound. Our experiments suggest that a metallic silicon-rich B2 phase, produced at the core-mantle boundary (owing to reactions between iron and silicate), could accumulate at the boundary between the mantle and core and explain the anomalously high electrical conductivity of this region.     

The influence of probe lift-up height on CNT electrical properties measurement under EFM DC mode

Nowadays, one of the bottlenecks which hinder the development and application of carbon nanotube （CNT） nano device is that no pure semiconducting CNT （s-CNT） or metallic CNT （m-CNT） can be obtained, and for solving this problem scientists proposed some methods on preparation or separation, but all the results still should be detected and feedback to the process for further improving the preparation and separation methods. Thus, it is very important to measure and distinguish the electrical properties of CNT. For that, scientists proposed a method to measure CNT electrical properties based on DC elec- trostatic force microscope （EFM） mode, which distin- guishes m-CNT from s-CNT according to different scan line shape to CNT with different electrical properties. But, we discovered that the probe lift-up height will seriously affect the shape of the scan line, which makes this method not reliable in distinguishing m-CNT from s-CNT. In this paper, the authors deeply researched the influence of probe lift-up height and also gave corresponding theoretical analysis and explanation, which will greatly improve the method of detecting CNT electrical properties by EFM.     

聚丁二炔晶体的掺杂和电导—Green函数解法

自1977年对聚乙炔掺杂获得成功后,人们发现很多高分子共轭聚合物都可通过掺杂而使其电导率大大提高,目前聚乙炔掺杂后的电导率已达到了铜的水平;由于聚丁二炔是一种比较复杂的结构,每个单胞内含一个共轭三键,且是唯一能获得大块单晶的高聚物,如果能对它进行掺杂而使电导率大大提高的话,将在制造有机半导体器件等方面显示出巨大的应用前景,可惜的是,至今对它掺杂未获得成功;这表明它有着不同于其他高聚物的掺杂机理.对于聚丁二炔的掺杂和电导,实验资料很少,理论模型还末见报导、本文在详细分析实验事实的基础上,第一次采用Green函数的方法,推导出了求掺杂(低掺杂)后的聚丁二炔的电导率的公式,并进行了数值计算,与实验事实较好地符合.     

Quasicrystalline valence bands in decagonal AlNiCo

Quasicrystals are metallic alloys that possess perfect long-range structural order, in spite of the fact that their rotational symmetries are incompatible with long-range periodicity. The exotic structural properties of this class of materials are accompanied by physical properties that are unexpected for metallic alloys. Considerable progress in resolving the geometric structures of quasicrystals has been made using X-ray and neutron diffraction, and concepts such as the quasi-unit-cell model have provided theoretical insights. But the basic properties of the valence electronic states--whether they are extended as in periodic crystals or localized as in amorphous materials--are still largely unresolved. Here we investigate the electronic bandstructure of quasicrystals through angle-resolved photoemission experiments on decagonal Al71.8Ni14.8Co13.4. We find that the s-p and d states exhibit band-like behaviour with the symmetry of the quasiperiodic lattice, and that the Fermi level is crossed by dispersing d-bands. The observation of free-electron-like bands, distributed in momentum space according to the surface diffraction pattern, suggests that the electronic states are not dominated by localization.     

黄铜铬酸表面膜的导电性

采用金属－膜金属结构测量了黄铜在铬酸中形成的表面膜的导电性。实验得到膜的导电性良好，虽为半导体，却表现出准金属行为这一瑟文献报导不同的结论。     

Fe离子注入ZrO2的研究

陶瓷材料的表面性能在很大程度上取决于其表面条件.例如:陶瓷的表面微裂纹影响着机械强度,而磁学及电学性能则对其表面结构及化学成份非常敏感.近年来离子注入法已经开辟了研制现代材料的新途径,并被广泛应用于金属、半导体及部分聚合物材料中.对于陶瓷材料,目前大多数有关这方面的研究集中于改善陶瓷表面的机械性能,很少有论文涉及其表面电性能的改善.本文介绍了一种改善ZrO2陶瓷表面导电性能的新方法.ZrO2陶瓷是绝缘体,常温下其电阻率大于1012Ωcm.通过不同剂量的离子注入可以使得样品表层产生不同程度的电性能变化.试验表明,当采用2×1017Fe/cm2注入,并在950℃下真空退火30分钟,ZrO2的表面电阻率将下降十余个数量级,从而大幅度提高了样品的导电性.文中还通过应 用X射线衍射及光电子能谱技术,分别对注入元素的化学结合状态及表面注入层的结晶相进行了较为详细的讨论.从XPS测试发现,注入离子在ZrO2表层中以Fe2+、Fe3+及Fe0三种形式的状态存在;X射线衍射数据表明,注入层中除ZrO2主晶相外,还存在少量的FeZrO3等晶相.文章的最后部分讨论了离子注入样品的导电机制.     

Preparation of three-dimensional graphene foam for high performance supercapacitors

Supercapacitor is a new type of energy-storage device, and has been attracted widely attentions. As a two dimensional (2D) nanomaterials, graphene is considered to be a promising material of supercapacitor because of its excellent properties involving high electrical conductivity and large surface area. In this paper, the large-scale graphene is successfully fabricated via environmental-friendly electrochemical exfoliation of graphite, and then, the three dimensional (3D) graphene foam is prepared by using nickel foam as template and FeCl3/HCl solution as etchant. Compared with the regular 2D graphene paper, the 3D graphene foam electrode shows better electrochemical performance, and exhibits the largest specific capacitance of approximately 128 F/g at the current density of 1 A/g in 6 M KOH electrolyte. It is expected that the 3D graphene foam will have a potential application in the supercapacitors.     

烧结温度对高速压制制备弥散强化铜材料导电率的影响

弥散强化铜材料具有高强度和高导电性的特性,孔洞是影响导电率的重要因素.本文采用高速压制成形技术,对Al2 O3质量分数为0.9%的弥散强化铜粉压制成形,研究了压制速度对生坯的影响.当压制速度为9.4 m·s-1时得到密度为8.46 g·cm-3的生坯.研究了烧结温度对烧结所得Al2 O3弥散强化铜试样导电率的影响.当生坯密度相同时,烧结温度越高,所得试样的导电率也越高.断口与金相分析表明：烧结温度为950℃时,烧结不充分,颗粒边界以及孔洞多而明显,孔洞形状不规则;烧结温度为1080℃时,颗粒边界消失,孔洞圆化,韧窝出现,烧结坯的电导率为71.3%IACS.