各向异性二维海森堡阻挫平方格子的基态性质

【目的】研究二维各向异性海森堡阻挫平方格子的基态性质。【方法】采用线性自旋波理论,分析零温磁化强度、基态相图和基态能与各向异性η和次近邻相互作用参数J_2之间的关系。【结果】当η和J_2取不同值时,系统有3个态,它们分别是奈尔态、共线态和自旋液态。同时也发现,当η和J_2在一定范围内取值时,奈尔态和共线态能共存。【结论】在相同参数下,当0≤J_2/J_10.5时,奈尔态更稳定,当J_2/J_1在0.55附近时,奈尔态和共线态之间可以发生一阶相变,在0.7≤J_2/J_1≤1时,共线态更稳定。     

N/Fe共掺杂锐钛矿TiO_2(001)面协同作用的第一性原理研究

基于周期性密度泛函理论,本文研究了Fe在锐钛矿TiO2(001)面吸附、替位掺杂及晶隙掺杂,以及N在Fe/TiO2(001)稳定结构上的吸附及掺杂.讨论了不同掺杂后晶体稳定结构、形成能、能带结构及态密度的变化.为与表面氧空位进行对比,计算了氧空位存在下TiO2(001)面的能带结构.通过形成能的比较可以发现,Fe原子更倾向于掺杂在晶体(001)表面晶隙,N则倾向于吸附在Fe顶部,并形成稳定的N-Fe键.通过对电子结构的分析发现:稳定的N-Fe共吸附形式,使得TiO2呈现出金属性,有利于其催化氧化性能的提升.     

N掺杂金红石TiO_2光学性质的第一性原理研究

运用第一性原理的LDA+U(U_(Ti-3d)=7eV,U_(O-2p)=4eV)方法研究了N掺杂金红石TiO_2的电子结构和光学吸收性质。研究表明N元素的掺杂可以降低TiO_2的禁带宽度并在带隙中引入杂质能级。杂质能级主要由O-2p轨道和N-2p轨道之间的耦合形成。杂质能级的引入以及带隙宽度的降低可以增加TiO_2对可见光的响应,并提高Ti O2的光催化活性。费米能级附近的态密度由O-2p轨道和N-2p轨道之间的耦合形成π键构成,电子占据π键态和空的σ键态能级差大约为0.4 eV,可使N掺杂Ti O2的光学吸收边落在在红外区域,即发生了所谓的光学吸收边的红移现象。     

MX线性链上荷电扭折孤子陷获的电子束缚态

本文从 Baeriswl-Bishop 模型出发,研究了线性的 MX 链(M=过渡金属离子,X=卤素离子)的荷电扭折孤子所陷获的电子束缚态.结果表明,在 Peierls 能隙中除了已知的中央能隙态(midgap state)外还存在一个新的浅束缚态.对此浅束缚态与光吸收实验的可能联系,作了简单讨论.     

GaN(110)表面原子及电子结构的第一性原理研究

用缀加平面波加局域轨道方法计算了立方GaN及其非极性 ( 1 1 0 )表面的原子结构和电子结构 ,得到的GaN晶格常数及体积弹性模量与实验值符合得很好 .用层晶超原胞模型计算立方GaN ( 1 1 0 )表面的原子和电子结构 ,发现表面顶层原子发生键长收缩并旋转的弛豫特性 ,表面阳离子向体内移动 ,与周围阴离子形成sp2 杂化 ,而表面阴离子则形成p3 型锥形结构 .其面旋角为 1 4 .1°,比传统的Ⅲ V族半导体 ( 1 1 0 )表面面旋角 ( 30°± 2°)小得多 ,这主要与材料的离子性有关 .此外 ,在带隙附近还发现了两个表面态 ,一个是占据的表面态 ,主要是由N的p电子构成的 ;另一个是空态 ,主要由阳离子的轨道构成 .在驰豫后 ,这两个表面能带都移出带隙 ,分别进入导带和价带 ,形成共振表面态     

核内真空能隙与核反应能释放的新机制

本文利用Einstein-Yukawa方程的度规解,求出标量粒子在核内的真空能隙.结果表明,核内真空能隙出现一个势阱,它容纳标量粒子的束缚态,当粒子与核构成束缚态时,将有能量释放,这是一种通过真空能隙势阱向外释放核能的可能机制.     

GaAs(114)A表面投影能带和表面态分析

基于GaAs(114)A表面的几何结构，采用散射理论的格林函数方法，首次从理论上计算了GaAs（114）A表面的电子结构，得到了该表面的投影能带结构，并从键合结构上分析了各表面态的轨道特征和色散特性，结果表明，在基本带隙中有4个表面态，异极带隙中有2个表面态，这些表面态分别与表面的离子悬挂键相对应。     

Fe(III)掺杂对TiO2光催化活性的影响机理

采用平面波赝势(PWPP)方法进行密度泛函(DFT)总能量计算,优化了TiO2超晶胞构型参数,模拟计算了Fe(III)掺杂锐钛矿TiO2对能隙、Fermi能级、态密度的影响.Fe(III)掺杂锐钛矿TiO2晶体后禁带(Eg)变小,TiO2的Fermi能级降低,使TiO2 的吸收带红移,同时电子-空穴在表面的复合几率降低,从而增强了光催化的活性.     

Si在Au(111)面的电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于第一性原理,对Si原子在Au(111)表面和体内掺杂的电子结构和光学性质进行了比较研究。结果表明,在Au(111)体内掺杂时,Si原子与周围六个Au原子成键,p电子更局域。电荷密度分析表明,掺杂Si后,Au原子周围的电子密度明显减少,而SiAu原子之间的电子密度明显增加,电子由Au原子向SiAu原子之间转移。通过计算Mul-liken键级表明,SiAu原子之间形成共价键,表面掺杂时的SiAu键级比体内大。吸收谱的计算表明,在体内掺杂Si原子时的吸收谱明显增强。     

钛掺杂对纳米硅晶结构和光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了钛(Ti)掺杂纳米Si晶的形成能、电子结构和光学性质,考虑了Ti占据替代和间隙不同位置的构型特点.结果表明:所有的掺杂结构都是不稳定的,中心四面体间隙Ti掺杂纳米硅晶最接近稳定结构.Ti 3d态分裂为t_(2g)和e_g态.对于Ti替代掺杂,e_g在带隙中提供一个空带,不能产生受体态;对于四面体间隙Ti掺杂,部分填充的t2g态出现在带隙中,其形成的杂质能级可满足杂质带材料的要求.由间隙Ti掺杂Si纳米晶的介电函数虚部和光吸收系数可知,Ti的掺入可增强对太阳光谱的吸收强度.     

聚乙炔的链端定域态

本文用格林函数研究了聚乙炔的链端附近的电子态.计算了链端为单键或双键时可能出现的链端定域态,其结果是:单键链端可形成链端定域态,其能级位于能隙中央,定域范围约为10个原子,实际上是一个链端孤子;双键链端则不存在这种定态域.     

高能量分辨率扫描隧道谱的发展及其在单自旋态和低维超导电性研究的应用

在发展高能量分辨率扫描隧道谱的基础上,实现了基于自旋翻转的非弹性隧道谱,从而实现了对单自旋态的探测,并成功在单分子尺度上研究了自旋间的超交换作用.还探测到了磁性原子在超导能隙中诱导的多重束缚态,并利用这些束缚态在单原子尺度上研究了自旋间的相互作用,在实空间实现了对单个原子的化学识别.利用低温扫描隧道谱,证明生长在Si基片的单原子层厚的铅和铟薄膜为超导体,这是至今报道的最薄的超导体.     

Electronic structures of the oxygenated diamond （100） surfaces

Diamond is a kind of nonmetal material with unique physical and chemical properties. It is potentially useful to various applications in electronics, such as electron emitters, Schottky diodes[1-3]. The diamond films ob- tained by chemical vapor depositio…     

交换积分变化对低温二维亚铁磁体能谱的影响

运用Heisenberg交换作用模型、spin-wave和Green＇s function方法研究了与低维有机磁性系统接近的二维正方晶格绝缘亚铁磁体的自旋波谱,并分析了不同方向上能谱谱线随系数J1/J2增加的变化规律,得到了如下结论：随磁性离子间的交换积分发生改变,磁振子能谱也发生了改变,沿某一方向能谱的变化与此方向上交换积分的变化密切相关。系统沿某一方向上交换积分的变化,导致形成所谓“自旋梯”时,谱线退化成5条能级,除最大的磁振子能谱线与最小的磁振子能谱线外,其余3条磁振子能谱线是二重简并的．系统的磁振子能谱E1、E3、E5、E7、与E6、E8、E2、E4关于E／J=0线对称分布。     

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.     

A topological Dirac insulator in a quantum spin Hall phase

When electrons are subject to a large external magnetic field, the conventional charge quantum Hall effect dictates that an electronic excitation gap is generated in the sample bulk, but metallic conduction is permitted at the boundary. Recent theoretical models suggest that certain bulk insulators with large spin-orbit interactions may also naturally support conducting topological boundary states in the quantum limit, which opens up the possibility for studying unusual quantum Hall-like phenomena in zero external magnetic fields. Bulk Bi(1-x)Sb(x) single crystals are predicted to be prime candidates for one such unusual Hall phase of matter known as the topological insulator. The hallmark of a topological insulator is the existence of metallic surface states that are higher-dimensional analogues of the edge states that characterize a quantum spin Hall insulator. In addition to its interesting boundary states, the bulk of Bi(1-x)Sb(x) is predicted to exhibit three-dimensional Dirac particles, another topic of heightened current interest following the new findings in two-dimensional graphene and charge quantum Hall fractionalization observed in pure bismuth. However, despite numerous transport and magnetic measurements on the Bi(1-x)Sb(x) family since the 1960s, no direct evidence of either topological Hall states or bulk Dirac particles has been found. Here, using incident-photon-energy-modulated angle-resolved photoemission spectroscopy (IPEM-ARPES), we report the direct observation of massive Dirac particles in the bulk of Bi(0.9)Sb(0.1), locate the Kramers points at the sample's boundary and provide a comprehensive mapping of the Dirac insulator's gapless surface electron bands. These findings taken together suggest that the observed surface state on the boundary of the bulk insulator is a realization of the 'topological metal'. They also suggest that this material has potential application in developing next-generation quantum computing devices that may incorporate 'light-like' bulk carriers and spin-textured surface currents.     

量子点量子阱中的极化子

首先研究了量子点量子阱中的电子态，对阱外及阱内的两种束缚态都进行了考虑，然后采用微扰方法，对量子点量子阱系统中的极化子效应进行了研究。最后采用CdS/HgS为材料的量子点量子阱 进行了数值计算，结果显示极化子效应对电子能级的修正明显并且不能被忽略。     

Different substrate-dependent transition states in the active site of the ribosome

The active site of the ribosome, the peptidyl transferase centre, catalyses two reactions, namely, peptide bond formation between peptidyl-tRNA and aminoacyl-tRNA as well as the release-factor-dependent hydrolysis of peptidyl-tRNA. Unlike peptide bond formation, peptide release is strongly impaired by mutations of nucleotides within the active site, in particular by base exchanges at position A2602 (refs 1, 2). The 2'-OH group of A76 of the peptidyl-tRNA substrate seems to have a key role in peptide release. According to computational analysis, the 2'-OH may take part in a concerted 'proton shuttle' by which the leaving group is protonated, in analogy to similar current models of peptide bond formation. Here we report kinetic solvent isotope effects and proton inventories (reaction rates measured in buffers with increasing content of deuterated water, D(2)O) of the two reactions catalysed by the active site of the Escherichia coli ribosome. The transition state of the release factor 2 (RF2)-dependent hydrolysis reaction is characterized by the rate-limiting formation of a single strong hydrogen bond. This finding argues against a concerted proton shuttle in the transition state of the hydrolysis reaction. In comparison, the proton inventory for peptide bond formation indicates the rate-limiting formation of three hydrogen bonds with about equal contributions, consistent with a concerted eight-membered proton shuttle in the transition state. Thus, the ribosome supports different rate-limiting transition states for the two reactions that take place in the peptidyl transferase centre.     

S2O分子的基态和低激发态的离解及预离解

目的应用GAMESS[14]程序和新的多参考态组态相互作用(MRCISD)对S2O分子基态和与基态具有相同对称性及多重度的两个低激发态的离解进行研究。方法采用完全活性空间自洽场(CASSCF),沿着S-S伸缩振动坐标详细地解析基态X珘1A’和两个激发态C珘1A’和珟D1A’的离解以及C珘1A’预离解。结果采用不同的方法,珟D1A’态所获得的离解模式不同。对于非态平均的CASSCF方法,C珘1A’态与珟D1A’态的离解极限都为SO(1Δ)+S(1D)。对于态平均的完全活性空间自洽场(SA-CASSCF)方法,珟D1A’态离解极限与基态X珘1A’相同,均为SO(3Σ-)+S(3P),而C珘1A’态的离解极限为SO(1Δ)+S(1D)。X珘1A’态的离解能在MRCISD水平约为3.10 eV,比热化学值3.45±0.01 eV小0.35±0.01 eV。结论计算的C珘1A’态的预离解极限存在于S-S伸缩振动的26谱带附近,与实验值吻合得很好。