原子尺寸差效应对Au的势能曲面及玻璃形成能力的影响

运用分子动力学模拟方法,采用镶嵌原子势,研究了金属Au和AuAu′（Au为正常尺寸的金原子,Au′为半径尺寸变大10%的金原子,两者的原子比例为3：1）在发生玻璃转变过程中的势能曲面,探讨了原子尺寸差效应对势能曲面的影响.我们发现增加原子尺寸差会导致Au的势能曲面发生显著的变化：它使高-低温的内在势能差变大;导致每个温度下内在能量分布变宽,势能曲面变得粗糙;使得体系的海森矩阵特征值分布曲线的峰值变矮,势能曲面上的结构重排方向更少,重排几率更小;导致过冷液态区的流变激活能随温度降低增加更快.以上原子尺寸差效应导致的势能曲面的所有的变化,都有利于提高非晶的形成能力.     

GaAs在外电场作用下的分子特性研究

用密度泛函B3LYP方法在6-311++g(3df,3pd)基组水平下对GaAs在不同强度外电场(-0.003～0.003 a.u.)下分子基态的稳定电子结构进行计算,研究了外电场对GaAs分子基态总能量、键长、偶极矩、能级分布、能隙、电荷分布、红外光谱及势能曲线的影响.结果表明,随着Ga→As方向外电场的增加,分子键长、偶极矩增大,原子电荷也递增,能隙、谐振频率及其红外强度递减,总能量降低;在外电场作用下,GaAs基态分子势能曲线也发生变化,离解能随之变化.     

分数维方法研究Alx Ga1-x As衬底上GaAs薄膜中极化子特性随Al浓度的变化

用分数维方法研究AlxGa1-x As衬底上GaAs薄膜中的极化子,得到了衬底中Al摩尔分数x对GaAs薄膜中极化子的结合能和有效质量的影响,极化子的结合能和有效质量的相对变化(mass shift)都随着Al摩尔分数的增大而单调增大;AlxGa1-x As衬底中Al摩尔分数对不同厚度的GaAs薄膜中极化子的影响程度不同,GaAs薄膜的厚度越小,衬底中Al摩尔分数对GaAs薄膜中极化子的影响越显著.     

Au纳米团簇熔点的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟纳米金的升温熔化过程,利用径向分布函数(RDF)、势能一温度函数、键对分析法,得到熔点.比较计算结果与实验值,得到不同方法的特点.径向分布函数法能明显看出团簇由有序向无序变化的趋势,但不能准确得出其熔点所在;势能一温度函数法基于团簇原子间距在熔点附近会发生阶跃变化这一微观原理,能够较准确给出团簇熔点;键对分析法是根据团簇从固态向液态转变过程中,其微观构型会发生较大变化,从而得出团簇熔点.     

LISHS法制备TiC粉末的微观结构和相成分的分析

采用激光引燃自蔓延高温合成方法(LISHS)制备了TiC粉末.研究了Al含量、C/Ti原子比和激光平均能量对合成产物密度、相成分、微观结构、颗粒尺寸以及TiC的化学计量数的影响.试验结果表明:随着Al含量的增加,TiC颗粒尺寸减小;随着激光平均能量的增加,TiC颗粒逐渐从多角形向球形转变;随着C/Ti原子比的增加,体系中生成Al3Ti相的含量逐渐减少,生成TiC相的数量逐渐增加.     

银纳米杆中原子能量分布特征的分子动力学研究

采用分子动力学方法和嵌入原子法（EAM）多体势函数,模拟研究了银纳米杆能量分布特征在不同温度直到熔化过程中的变化。结果显示：纳米杆中原子的势能分布曲线呈现多个分立的峰;随着温度的变化,分布曲线各个峰的位置保持不变,但峰高和峰宽明显变化;纳米杆熔化后这种能量分布特征完全消失,只有一个宽化的峰。模拟结果分析表明：纳米杆中原子势能分布曲线中每个峰对应于一定的最近邻原子数,纳米杆中每个原子的势能所处峰位由其最近邻原子数决定,偏离峰值程度则由其次近邻原子数决定。     

Pd-Pt团簇升温过程中Pd原子偏析的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟初始结构为二十面体Pd13Pt134,Pd55Pt92升温过程,研究发现团簇升温过程中内层Pd原子向外偏析,且原子分布位置和数量对升温过程中的热力学性质有影响.Pd55Pt92团簇的势能曲线在720~880K之间向下跃变,而Pd13Pt134团簇的势能曲线异常波动出现在980K附近.对Pd13Pt134的进一步研究表明Pd原子的位置是导致势能曲线异常的主要原因,Pt原子掺在核心层时势能曲线在升温过程中上升,而Pt原子掺在第二层时势能曲线出现异常变化,在900K处出现向下跃变.分析发现Pt原子在不同位置层的势能差别是导致势能曲线异常变化的主要原因.     

单晶Al熔化的分子动力学模拟

采用Adams嵌入原子势(EAM),利用分子动力学方法对单晶Al的熔化过程进行了模拟,分析了Al样品体熔化过程中结构、能量的变化及表面熔化过程中固-液界面的移动情况.模拟的结果表明:对于Al样品体熔化过程,体系的体积和内能在1 205K发生突变;通过计算1 000-1 200K下Al的表面熔化速度,得出热力学熔点为985K,与存在的实验结果基本吻合.     

带电对Ga_5As_5团簇能量和结构的影响

采用全势能线性Muffin-tin轨道分子动力学方法（FP-LMTO-MD）,在中性砷化镓团簇Ga5As5基础上,详细研究了带电后Ga5As5离子团簇在能量和几何结构上的变化.找到了一价Ga5As5团簇的基态结构,计算结果表明这些结构与中性团簇结构有一定的关联,但存在结构畸变.在砷化镓团簇中,和砷原子相比,镓原子更容易处在帽原子的位置上.     

Ga4As4离子团簇的能量和结构畸变

采用全势能线性糕模轨道分子动力学方法（FP-LMTO-MD）,结合中性砷化镓团簇Ga4As4的已有结果,详细研究了Ga4As4离子团簇的能量和几何结构上的畸变．计算结果表明这些结构明显不同于中性团簇的对应结构,存在有较大的结构畸变．在砷化镓团簇中,和砷原子相比,镓原子更容易处在帽原子的位置上．     

相异相似元素对Zr-Cu非晶合金熔体凝固过程影响

本文通过分子动力学模拟,使用平均五次对称、平均团簇尺寸、平均团簇寿命、自扩散系数、剪切黏度等方法表征相异及相似元素对Zr-Cu体系非晶合金熔体凝固过程中原子结构和动力学的影响.相异元素替换导致Zr-Cu非晶合金熔体凝固过程中的原子排列结构和动力学过程都发生明显改变,进而使其非晶形成能力得到提高;而显著提高非晶形成能力的相似元素替换对Zr-Cu体系非晶合金熔体凝固过程中原子排列结构没有显著影响,但导致动力学过程变慢,这表明动力学显著影响合金体系的非晶形成能力.     

降温过程对Au_(24)Cu_(19)合金团簇结构变化影响

采用基于嵌入原子法的正则系综NVT分子动力学方法在原子尺度上计算了包含24个金原子和19个铜原子的Au24Cu19双金属团簇在急冷和连续降温过程中的结构演化.根据原子平均势能、主要原子键对数目以及原子堆积结构随温度的变化表明,随着温度的降低,团簇表现为铜原子在内,金原子和少量铜原子包覆在外的构型.在温度被降低到较高温度区间时,急冷降温过程中,键对数目呈高-低振荡变化;连续冷却过程中,键对数目则呈低-高振荡变化.在温度较低的区间,直至400 K,这两个冷却条件下的键对数目表现为同步变化.     

沉积温度对GaAs薄膜微观结构的影响

为探讨沉积温度对GaAs薄膜外延生长过程中微观结构的影响,运用分子动力学方法模拟不同沉积温度时的GaAs薄膜外延生长过程.结果表明:在温度低于800 K时,沉积薄膜的晶格完整度和临界外延生长厚度随沉积温度的升高而增加;当沉积温度在800～1500 K时,晶格完整度随沉积温度的升高变化较为平缓,但此时薄膜中仍含有一定的点缺陷.随着温度的升高,点缺陷逐渐减少.As2的吸附率对温度的变化较为敏感,当沉积温度高于800 K时,As2开始脱吸,致使沉积薄膜中As原子比例随沉积温度的升高而降低.在整个沉积过程中,Ga的吸附率较为稳定,在温度低于1000K时,其吸附率几乎为100%;在1000 K时,Ga逐渐发生少量脱吸;在温度高于1400 K时,Ga才发生明显脱吸.     

［111］晶向银纳米杆结构稳定性的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,以超细［111］晶向银纳米杆为研究对象,基于Finnis-Sinclair型多体势,模拟研究了纳米杆在不同温度弛豫过程中的动态平衡变化过程,分析研究了弛豫后银纳米杆的稳态结构变化、平均势能的变化及其在不同时刻结构的演变过程。结果表明温度对［111］晶向银纳米杆结构稳定性将产生重大影响,［111］晶向银纳米杆存在一临界失稳温度,当温度小于临界失稳温度时,体系保持完好线状晶态,当温度大于临界失稳温度小于熔点时,体系坍塌熔化后发生重结晶,截面面积增大,长度明显缩短,随温度增加此特征更加显著,接近熔点时,体系形成由(111)和(100)面围成的多面体且势能最低;当温度大于熔点时,体系变成高度无序的球状团簇。     

闪锌矿型GaX(X＝P,As,Sb)电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论（DFT）框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算了闪锌矿型GaX（X=P,As,Sb）的电子结构和光学性质。计算结果表明：GaP属于间接带隙半导体,GaAs和GaSb属于直接带隙半导体,禁带宽度分别为1．629eV、0．612eV和O．079eV。经带隙校正后,计算得到闪锌矿型GaX（X=P,As,Sb）的复介电函数、复折射率、反射光谱和吸收光谱。随着X原子序数的增加,出现了明显的带边红移现象,为闪锌矿型GaX（X=P,As,Sb）的应用提供了理论依据。     

低能电子与第二周期元素原子碰撞截面的理论计算

作者采用等效势方法讨论了电子被原子散射的物理模型.入射电子在原子有效势场中运动的势能可以表示成静电势能Vo(r)、极化势能Vp(r)和交换势能Ve(r)之和.作者考虑到入射电子波的畸变,利用修正的极化势截断函数得到了入射电子与靶原子相互作用的解析势能函数,并进一步编程计算了电子与第Ⅱ周期元素原子散射的总截面和动量转移截面,其结果与已有的实验和计算结果符合得较好,并得到了截面与原子序数的一些变化关系.     

Fe、Al纳米粒子熔化过程结构转变的分子动力学研究

采用分子动力学方法结合嵌入原子势函数,应用势能、共近邻技术分析方法,研究了原子数为147、309和561的正二十面体(ICO),正十面体(Dh)和立方八面体(CO)的Fe、Al纳米粒子的熔化行为.结果表明,原子数为147、309、561的ICO结构的Fe、Al纳米粒子在熔化前保持原有结构;Dh与CO结构的Al纳米粒子在熔化前向ICO结构转变,ICO结构比Dh结构和CO结构更稳定.     

分子动力学模拟研究钯金属团簇的熔化行为

用分子动力学方法,模拟了三种具有壳对称构型,含309个原子的钯金属团簇的熔化行为。钯原子间作用势采用Sutton-Chen多体作用势能。三种壳对称构型分别为正八面体（Cubooctahedron）,正十面体（Decahedron）和正二十面体（Icosahedron）。通过对升温过程中的热力学性质的分析,得到了钯金属团簇的熔点。不同构型钯金属团簇的熔点有细微差别,并且都远低于块状钯金属的熔点。进一步分析三种钯金属团簇升温过程中的结构和动力学性质,在分子水平上讨论了构型对熔化行为的影响。     

纤锌矿GaN/AlN量子阱中的极化子

采用Lee-Low-Pines(LLP)变分法,讨论了纤锌矿(闪锌矿)GaN/AlN无限深量子阱材料中电子-定域长波光学声子相互作用,给出纤锌矿量子阱中自由极化子的基态能量、第一激发态能量和跃迁能量随阱宽的变化关系.数值计算中考虑了纤锌矿材料的各向异性,结果表明,极化子能量随阱宽的增大而减小,当阱宽较宽时,趋近于体材料的三维值.纤锌矿(闪锌矿)GaN/AlN量子阱材料中,电子-定域长波光学声子相互作用对极化子能量的贡献比闪锌矿GaAs/AlAs量子阱材料中的相应值大得多.因此,讨论GaN/AlN量子阱材料中电子态问题时应考虑电子-定域声子相互作用.     

部分非金属元素掺杂二维CdS的电子结构与磁性的第一性原理研究

基于自旋极化密度泛函理论(DFT)的第一性原理研究方法,研究了部分非金属元素(B-F、P、Cl、Br、Si和As)替位掺杂单层CdS的电子结构及磁性。研究结果表明,C、N、P和As元素掺杂单层CdS可诱导磁性,其余元素掺杂体系则不显示磁性。进一步研究了非金属双原子掺杂二维CdS的磁耦合作用,结果表明,As掺杂单层CdS体系呈现出铁磁态,而C、N和P掺杂的单层CdS体系则表现为反铁磁态。形成能计算表明,富S的条件下要比富Cd的条件非金属掺杂原子更易于占据S原子的位置。