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.     

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.     

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...     

ZnP2结构和弹性特征的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理的计算方法,研究了ZnP2的结构与弹性特征.结果表明:ZnP2的四方结构(α-ZnP2)和单斜结构(β-ZnP2)在零压下的弹性常量符合力学稳定标准;α-ZnP2与β-ZnP2的体积模量分别为78GPa和54GPa,剪切模量分别为49GPa和27GPa,杨氏模量分别为121GPa和68GPa,德拜温度分别为451K和335K,泊松比分别为0.24和0.29.α-ZnP2与β-ZnP2均有较小的弹性各向异性,但前者弱于后者.可压缩性分析预测:在25GPa附近,存在结构相变.     

ReB_2的结构和热力学性质的第一性原理计算

利用平面波赝势密度泛函理论计算了ReB2的基本性质参数,包括晶格常数、体弹模量、体弹模量对压强的一阶导数.晶格常数的计算值与实验值及其它理论值符合较好.通过准谐德拜模型研究了ReB2热力学性质,给出了不同压强和不同温度下的热容和德拜温度的计算值,同时获得了相对晶格常数(a/a0,c/c0)、相对体积(V/V0)与压强的关系以及热膨胀系数α与压强和温度的关系.     

固体H2和D2的等温体积弹性模量和物态方程的研究

根据S.K.Sharma[Mod.Phys.Lett.B 22/31(2008)3113]提出的等温体积弹性模量的一阶压强导数与体积压缩比的k次方成比例的假设,本文得到一个新的反映等温体积弹性模量随体积变化的表达式B(V),进而得到一个新的物态方程.利用B(V)表达式和新的物态方程分别对固体H2和D2计算了等温体积弹性模量和压强随体积的变化关系,计算结果与实验数据取得很好的一致性.与早期工作者的同类研究的比较分析表明本文提出的反映固体等温体积弹性模量和压强随体积变化的关系式具有更好的适用性.     

钇在高压下的弹性性质和相稳定性研究

运用密度泛函平面波赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA),对钇的3种结构相(体心立方bcc、面心立方fcc和六角密排堆积hcp)的总能和电子结构进行计算,得到了hcp结构的状态方程、价电子分布情况以及各种相在不同压力下的弹性常数和体模量,结果表明理论计算与实验值吻合得很好,比用局域密度近似(LDA)方法有了很大的改善.此外,还发现hcp相在加压到40GPa时发生相变,fcc是稳定的相.     

ScB_2的高压结构和电子性质的密度泛函计算（英文）

本论文用广义梯度近似(GGA)密度泛函方法研究了具有AlB_2结构的ScB2从0GPa到100GPa高压下的结构和电子性质.在0GPa下的结果与现有实验和理论数据相符.获得的结构性质的压强依赖性显示出ScB2的结构受压强的影响很小.另外还计算了高压下ScB_2电子的态密度和部分态密度.我们发现高压强明显的改变了电子态密度分布的轮廓,并且还发现费米能级附近的态密度随着压强的升高而减小,表明高压下ScB2电子杂化轨道能量在下降.     

锡硫化合物第一性原理研究

为了解锡硫化合物的性质,对Sn-S体系中化合物进行了第一性原理研究,优化了Sn-S体系中化合物的结构.研究表明计算时采用局域密度近似(LDA)比广义梯度近似(GGA)能更好地描述该体系的交换-相关能,从而在对该体系进行进一步研究时,采用LDA进行计算能得到更好的优化结果.计算所获得该体系化合物形成能及结合能的计算结果显示,在形成化合物过程中SnS2优先于Sn2S3形成.     

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.     

SCB2的高压结构和电子性质的密度泛函计算

本论文用广义梯度近似(GGA)密度泛函方法研究了具有AlB2结构的ScB2从0Gpa到100Gpa高压下的结构和电子性质。在0Gpa下的结果与现有实验和理论数据相符。获得的结构性质的压强依赖性显示出ScB2的结构受压强的影响很小。另外还成功的计算了高压下ScB2电子的态密度和部分态密度。我们发现高压强明显的改变了电子态密度分布的轮廓,并且还发现费米能级附近的态密度随着压强的升高而减小,表明高压下ScB2电子杂化轨道能量在下降。     

CaX (X=S, Se, Te)带隙的GW近似修正

采用基于第一性原理下的局域密度近似(LDA)方法对岩石矿物结构Ca硫族化合物CaX (X=S, Se, Te)的晶格常数和电子结构进行了研究. 研究结果表明, 使用LDA方法得到的晶格常数与实验值符合得很好, 但带隙值却远低于实验值. 为了获得可靠的带隙值, 使用了GW(G格林函数, W库伦屏蔽相互作用)近似方法对Ca硫族化合物的带隙进行修正. 利用GW近似方法计算CaS 和CaSe的带隙值比利用LDA计算的带隙值高, 并且与实验值相吻合. 同时也预测了CaTe的带隙值, 尽管没有实验值作为参考, 但GW近似计算的结果应该是合适的值.     

分子动力学模拟高压下铁的相变

采用分子动力学(MD)方法,结合原子间多体势函数,模拟了bcc铁(α-Fe)在高压下向hcp铁(ε-Fe)转变的过程,并与实验数据进行了比较.系统的压强通过计算维里压强获得,并通过Berendsen方法进行调整和改变.还采用相同的原子间势模拟bcc和hcp两种不同结构的铁,对高压下铁相变的机制和相变压强进行直接的计算和模拟,以对采用的原子间势进行更严格的检验和修正.模拟计算得到超高压下(＞15 GPa)两种结构的P-V曲线图以及hcp铁的c/a值等相关结果,都与实验结果有较好的符合.而在较低压下(0～15 GPa)P-V关系中常用的铁的原子间势对bcc铁仍有很好的模拟效果,而对hcp铁则效果不是很理想.因此,铁的原子间势还有待进一步改进.     

CaX(X=S,Se, Te)带隙的GW近似修正（英文）

采用基于第一性原理下的局域密度近似(LDA)方法对岩石矿物结构Ca硫族化合物CaX(X=S, Se, Te)的晶格常数和电子结构进行了研究.研究结果表明,使用LDA方法得到的晶格常数与实验值符合得很好,但带隙值却远低于实验值.为了获得可靠的带隙值,使用了GW(G格林函数, W库伦屏蔽相互作用)近似方法对Ca硫族化合物的带隙进行修正.利用GW近似方法计算CaS和CaSe的带隙值比利用LDA计算的带隙值高,并且与实验值相吻合.同时也预测了CaTe的带隙值,尽管没有实验值作为参考,但GW近似计算的结果应该是合适的值.     

利用DV-Xα法研究铁在高压下的物理性质

采用密度泛函理论中原子簇嵌入模式的电荷自洽变分DV-Xα方法(Self-ConsistentofCharge-Discrite Variation-Embedded Cluster Model),对bcc结构用fcc结构的铁在较高压强范围内的物理参量进行了计算,得到了系统的总能随体积变化的关系,以及压强与体积的关系曲线;根据计算结果,作者得到平衡条件下,铁体心结构(bcc)晶格常数为2.75A,面心结构(fcc)晶格常数为3.377A;并推断出体心结构铁在17.75GPa压强下,可能转变成面心结构铁;还将得到的结果与实验结果和其它理论计算结果进行了比较,吻合较好.     

Pu2O3晶体结构、弹性和电子性质的 密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论的全势能线性缀加平面波方法(FLAPW),在局域自旋密度近似(LSDA:local spin density approximation)和广义梯度近似(GGA:generalized gradient approximation)及LSDA/GGA+U下,系统研究了强关联5f电子体系Pu_2O_3的晶体结构,弹性参数,电子态密度和电荷密度.优化计算结果表明,LSDA+U的晶格参数a0和c/a与实验值吻合最好,同时也在不同的近似下计算了Pu_2O_3的弹性参数.与此同时,LSDA/GGA+U计算的态密度在费米能级处分别出现约1.8和2.2eV能隙,而LSDA/GGA的计算结果在费米能级处并无能隙,所以对Pu_2O_3的Pu-5f加U能使体系从导体转变为绝缘体,这与实验测定Pu_2O_3是绝缘性很好吻合.此外,电荷密度计算结果表明,与LSDA相比,LSDA+U计算的Pu-O间电荷密度增加且有明显的成键特征.     

硅量子点表面掺氮的电子结构计算

本文在量子点表面掺入氮原子,用第一性原理方法模拟计算硅量子点（111）面上的电子结构.本文主要解决两个问题：（1）比较研究六种不同大小的量子点结构掺杂和未掺杂氮原子情况下的带隙宽度和电子态密度变化;（2）分别用广义梯度近似（GGA）和局域密度近似（LDA）两种不同的算法计算六种量子点结构的带隙宽度和态密度,并比较GGA和LDA算法的特点.计算结果发现：带隙随着量子点的尺度变小而展宽,这符合量子受限规律;在量子点表面掺杂氮原子会减小带隙宽度;重要的是发现LDA算法对局域态更加敏感.     

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.     

CdGeAs2晶体红外双折射率和吸收系数的第一原理计算

基于第一原理赝势平面波方法,采用密度泛函理论的局域密度近似（LDA）方法计算了CdGeAs2晶体的介电函数,并由此得到红外波段的折射率ne 、no, 双折射率Δn和静态介电常数ε(0),将计算值同实验值作比较,结果一致.还计算了CdGeAs2 晶体的红外吸收系数,与实验测得的红外透过率谱进行了比较,计算值与实验值吻合较好. 结果对CdGeAs2晶体质量的改进和应用具有实用价值.     

液气双相系统的转变和范得瓦尔方程

把一定量的水装在一园筒内,园筒上有一个活塞,推动活塞可以改变体积,在达到平衡后,园筒内有水蒸汽,有液态的水。现在我们推动活塞,增大双相系统的体积,而保持其温度T不变。设体积改变十分缓慢,足够让平衡的建立跟得上体积的改变。实验发现当液相的水还没有完全转变为水蒸汽时,水蒸汽的压强将保持为平衡压强(T)不变。压强和体积的关系,在P-V图上就用一条水平直线来表示。当体积一直缓慢增大,则水就继续转变为气相(在P-V图上用N点表示)此后如再增加体积,气相压强才随着减小,此时压强随体积变化的情形与理想气体相似。