金属价电子结构对磁性和电输运性质的影响

本文以原子物理学中电子按能级分布理论为基础,提出一个关于金属磁性的新的巡游电子模型:在形成金属的过程中由于受到电子间泡利排斥力的作用,Fe,Ni,Co原子的大部分4s电子进入3d轨道,只有一少部分4s电子成为自由电子;最外层3d轨道的电子有一定概率在离子实间巡游,形成巡游电子;其余的3d电子为局域电子.因此,由Fe,Ni,Co金属的平均原子磁矩实验值2.22,0.62和1.72μB,计算出Fe,Ni,Co金属中平均每个原子贡献的自由电子数目为0.22,0.62和0.72,从而解释了为什么Fe,Ni,Co金属的电阻率依次减小.应用这个模型计算出的平均每个原子的3d电子数为7.78,9.38和8.28,与金属能带论计算结果 (7.4,9.4和8.3)比较接近,但是本文的方法更加简单、有效,易于理解.这为进一步澄清金属与合金的价电子结构提供了新思路.     

Au等离子体电子状态方程的理论研究

在改进的平均原子模型的基础上，在中心场近似下用分波法来处理部分自由电子密度分布函数，提高了电子波函数、电子占据数等原子参数的计算精度．通过平均近似处理，给出了劈裂的能带．通过使用分波法来准确计算贵金属Au的电子状态方程．     

中低温等离子体原子能量的分波法计算

在改进的平均原子模型的基础上，在中心场近似下用分波法处理自由电子密度分布函数，提高了电子波函数、电子占据数等原子参数的计算精度.通过使用分波法准确计算电子间各部分的相互作用能，使得原子能量的计算结果更加准确，零温基态能的计算结果与Hartree-Fock理论给出的结果很好地符合.作为算例，计算了W，Au，Rn，Am等元素的原子能量、熵及定容热容. 关键词： 自洽场原子结构 原子能量     

Au等离子体电子状态方程的理论研究

在改进的平均原子模型的基础上,在中心场近似下用分波法来处理部分自由电子密度分布函数,提高了电子波函数、电子占据数等原子参数的计算精度.通过平均近似处理,给出了劈裂的能带.通过使用分波法来准确计算贵金属Au的电子状态方程.     

改进的含温有界原子模型对金的电子物态方程的计算

在改进的含温有界原子模型基础上,在中心场近似下用分波法来处理部分自由电子密度分布函数.通过平均近似处理,给出劈裂的能带.在原子结构的自洽计算中采用能带重叠作为自由电子的动态判据.大量计算了Au的电子压强、能量、热容以及各种热力学系数. 关键词： 自洽场原子结构 状态方程 原子能量 电子压强     

PbTiO3价电子结构和铁电性的经验电子理论计算

应用固体与分子经验电子理论（EET）计算了铁电材料PbTiO3的价电子结构，根据得到的价电子结构，提出计算原子有效价电子数的近似公式和计算自发极化强度的方法，并计算了PbTiO3在铁电相的自发极化，计算结果与实验数据进行了对比分析，指出该经验理论用于研究铁电现象的可行性和有效性．     

包含过渡区的等离子体电子状态方程的理论研究

在改进的平均原子模型的基础上,在中心场近似下用分波法来处理部分自由电子密度分布函数,提高了电子波函数、电子占据数等原子参数的计算精度.通过平均近似处理,给出了劈裂的能带,从而改善了物质电子状态方程的计算精度.作为算例,计算了Mo,Au等元素的原子能量、电子压强、熵及定容热容. 关键词： 自洽场原子结构 原子能量     

液体中光击穿阈值的研究

从等离子体中自由电子密度速率方程出发,考虑到脉冲激光在聚焦区域的特征以及液体中光击穿的实验情况,提出了等离子体椭球模型.通过该模型的建立,对自由电子密度速率方程中电子扩散速率进行了修正,在理论上得到了光击穿的阈值.结果表明,等离子体椭球模型计算出水的击穿阈值更符合实验情况.     

液体中光击穿阈值的研究

从等离子体中自由电子密度速率方程出发,考虑到脉冲激光在聚焦区域的特征以及液体中光击穿的实验情况,提出了等离子体椭球模型.通过该模型的建立,对自由电子密度速率方程中电子扩散速率进行了修正,在理论上得到了光击穿的阈值.结果表明,等离子体椭球模型计算出水的击穿阈值更符合实验情况.     

密度分布形式对Glauber模型计算δR的影响

描述了利用Glauber模型计算反应截面的一种方法。该方法对Glauber模型中输入的密度分布形式进行了修正，计算了丰质子同中子核素（N=3）的激发函数。对于该同中子素链，采用修正的密度分布得到的激发函数与HO分布得到的激发函数要比，在大于100MeV/u的能量区域，两者都与实验值符合很好，而在中能区（小于100MeV/u)，用修正的密度分布计算得到的激发函数与实验值之间的差距较HO分布明显减小，并保持对所有计算的核核芯密度基本相同。     

Electron density and electron redistribution in alloys—I: Electron density in elemental metals

The changes in electronic structure around each metal atom in an alloy are more accurately described in terms of electron redistribution than electron transfer. The important elements in a model for such electron redistribution are the electron configuration and radius of the positive ion cores and the conduction electron density and its variation in the interstitial regions. Positive ion core radii for metals are derived from an empirical relation between ion core radii and intermetallic distance with electronic configurations of the core from positron annihilation data. These derived ion core radii are in good agreement with those calculated for metal electron densities by Welch and Lynn from Hartree-Fock wave functions. Average conduction electron densities can be directly calculated from these radii and the experimental atomic volume; the variation of conduction electron density in the interstitial region is calculated by assigning electrons to octahedral and tetrahedral interstices according to the Interstitial Electron Model. The calculated electron densities and the interstitial variation agree very well with the experimental electron densities of Be as determined from X-ray diffraction data as well as with calculated electron densities for Na, Mg and Al. Ion core configurations are compared with those derived from band theory and also those of the Engle-Brewer Correlation and the Samsonov-Pryadkov-Pryadkov Configurational Model.     

The atomic radius of a solute in alloys of the noble metals

In the f.c.c., disordered, binary alloys of the noble metals, the deviations from Vegard's Law which occur, are studied with emphasis on the shielding of the charge of a polyvalent solute by the conduction electrons of the solvent. This shielding is studied with an empty core Fermi-Thomas Pseudopotential which is used to calculate the value of the effective valence of a number of solutes in alloys of copper and silver. When Vegard's Law is applied to these alloys, the value of the effective valence is assigned to the charge on a solute atom instead of the conventional valence. We take the value of the cancellation radius for a given atom equal to the expectation value of the radius of an electron in the outermost closed S shell of the atom. The radius of a given solute atom in copper and silver is calculated with our Pseudopotential. These theoretical results are compared with the value of the “apparent atomic diameter” of a solute in these solvents, a concept originally proposed by Axon and Hume-Rothery. Some comments are also made on alloys of gold.     

第一性原理研究Al-Cu-Li合金中T1相的腐蚀机理

利用密度泛函理论的第一性原理,讨论Al-Cu-Li合金中主要析出相T1相(Al6Cu4Li3)的表面性质,计算不同终结面的表面能和表面电子功函数,并探讨应力作用和常见合金元素对Al/T1界面的影响.结果表明:T1相的表面能与表面的原子排列有关,不同的表面通过应变释放重构,进而获得不同的表面能.表面电子功函数则与表面原子种类有关,由于Li的电负性最小,含Li原子的表面通常有较低的电子功函数,进而降低材料的耐蚀性.此外,在应力作用下,T1相一些表面的电子功函数变化与纯金属是相反的.压应力下T1相电子功函数降低,材料更加容易被腐蚀;张应力下T1相功函数增加,材料更加耐腐蚀.同时,通过计算Al/T1界面中Ag,Zn和Mg 3种合金元素的替位能,可以发现,这3种元素都有利于降低界面能,且Ag的作用最明显.     

氖原子对2000 eV X射线激光透明的产生机制

X射线自由电子激光与物质相互作用时出现了X射线透明现象,研究X射线透明现象的产生机制对理解X射线自由电子激光与物质相互作用过程具有重要参考价值.本文基于FAC(Flexible Atomic Code)程序计算的氖原子(离子)对2000 eV X射线的光电离截面和俄歇衰变速率,确定了不同通量密度下氖原子的主要电离方式;通过建立和解速率方程,得到了确定的电离方式中氖元素各电子组态数目比例随时间变化的公式,计算了氖原子在通量密度为2000和10000?~(-2)·fs~(-1)、持续时间为20 fs、光子能量为2000 eV的X射线激光照射下,任意时刻各主要电子组态的原子数目比例和总的氖原子平均光电离截面.建立了价电子完整的空心原子的数目比例随通量密度和曝光时间变化的公式.发现裸核和空心原子都会导致X射线透明,且选择恰当的通量密度和脉冲持续时间可以使价电子完整的空心原子数目比例达到极高.     

Electron density and electron redistribution in alloys—II: Electron density in alloys and intermetallic phases

Electron density for alloys which have close-packed metallic structures is calculated by assigning valence electrons to octahedral and tetrahedral interstices, a method which has been previously used for elemental metals. Some localization of electron density is proposed for β -phases when there is considerable difference in ion core sizes. This method of characterizing electron density in alloys can be used to derive structures with the amount of electron transfer if an assumption is made for the volume fraction occupied by each component of the alloy. In general, the electronic structure of intermetallic phases appears to be dominated by the correspondence of a definite number of valence electrons with the number of interstices in the metallic structure (the Hume-Rothery $\text{e}\text{a}$ ratios). The model used can also accommodate electron distributions which include both ionic and covalent components of electron density. This is the case for Laves phases and the metallic A-15 compounds. There is a preponderance of intermetallic phases where one component is a d-shell metal. Evidence is presented that in several such alloys there is a change in d-shell configuration of the elemental metal which serves to minimize size differences of the ion cores of the alloy.     

Reconstructed (1 1 0) surfaces of FCC transition metals

The energies of the ideal, missing row (MR) and missing column (MC) (1 1 0) surfaces have been calculated by using modified embedded atom method (MEAM) for seven face centered cubic (FCC) transition metals Au, Pt, Ag, Pd, Rh, Cu and Ni. The results, that the MC reconstruction can not be formed for all metals, while the MR reconstruction can be formed naturally for Au and Pt, inductively for Ag, Pd, Rh and Cu and difficultly for Ni, are better than EAM calculated results in comparing with experimental results. In addition to the surface energy explanation, the results are also related to the surface topography and valence electron structure.     

典型磁性材料价电子结构研究面临的机遇与挑战

目前在磁性材料磁有序现象研究中广泛使用的交换作用、超交换作用和双交换作用模型形成于1950年代及其以前,这些模型都涉及材料中的价电子状态,但那时还没有充分的价电子状态实验依据.1970年代以来,有关价电子结构实验结果的报道越来越多,这些实验结果表明传统的磁有序模型需要改进.首先,大量电子谱实验表明,在氧化物中除存在负二价氧离子之外,还存在负一价氧离子,并且负一价氧离子的含量可达30%或更多.这说明以所有氧离子都是负二价离子为基本假设的超交换和双交换作用模型需要改进.其次,一些实验证明,铁、钴、镍自由原子的一部分4s电子在形成铁磁性金属的过程中变成了3d电子,这为探讨金属磁性与电输运性质的关系提供了依据.此外,即使在现代的密度泛函计算中,仍不能给出磁性交换作用能的函数表达式,只能采取各种不同模型进行模拟计算,从而使磁性材料的模拟计算遇到严重困难.寻求一个磁有序能的函数表达式可能是解决这个困难的途径.这些研究表明磁性材料价电子结构研究面临着重大的机遇与挑战.本文首先介绍一些典型的实验例证,然后介绍了基于这些实验结果的一套典型磁性材料的磁有序新模型,随后介绍了基于新模型的磁性材料价电子结构与旧模型的主要区别,最后指出了未来研究工作面临的挑战.     

Na||Sb-Pb-Sn液态金属电池电极的价电子结构与热-电性能计算

应用固体与分子经验电子理论系统地研究液态金属池Na||Sb-Pb-Sn电极的价电子结构与热、电性能.研究结果表明:电极合金的价电子结构与其性能密切关联.阴极合金Na_1–xIA_x (IA=K, Rb, Cs)的晶格电子随着掺杂量的增加而减少,诱发合金的熔点、结合能随掺杂量的增加而降低. Na离子输运到阳极,与阳极Sb-Sn-Pb形成产物NaSb_3, NaSn, Na₁₅Sn_4, NaPb.其理论熔点与实验相符. NaSb_3的平均晶格电子数最少,开路电压最高.研究表明:对于Na||Sb-Pb-Sn液态金属电池体系而言,晶格电子扮演重要的角色,可以调控电极的热、电性能.     

有界原子模型的原子结构计算

本文根据有界原子模型,通过对Dirac方程的求解,计算了H、Fe在不同物质密度、不同边界条件下的原子结构。结果发现:当物质密度较小时,近似于自由原子时的情况;当物质密度较大时,原子的外壳层电子能级有较大的变化。并且根据H在不同物质密度、不同边界条件下的原子结构的分析,展现了H的能带图象。     

合金元素韧化或脆化FeAl金属间化合物的微观机制

通过测量二元FeAl以及含B，Zr或Si的FeAl合金的正电子寿命谱参数，计算合金基体和缺陷处的价电子密度.结果表明，当Al原子和Fe原子结合形成FeAl合金时，Al原子提供价电子与Fe原子的3d电子形成局域的共价键.FeAl合金基体的价电子密度很低，FeAl合金中金属键和共价键共存.FeAl合金晶界缺陷的开空间大于Fe空位或Al空位的开空间，FeAl合金晶界处的金属键合力很弱.在FeAl合金中加入少量的B，一部分B原子以间隙方式固溶到FeAl基体中，增加基体的价电子密度；另一部分B原子偏聚到FeAl合金的晶界上，也增加了晶界处的价电子密度.在FeAl合金中加入Zr，增加了合金中的金属键成分，使基体中的价电子密度增加，增强了基体中金属键合力.Zr原子的加入还降低了FeAl合金的有序度，使合金晶界容易弛豫，晶界缺陷的开空间变小.Zr原子在晶界附近出现，还增加了晶界处的价电子密度.在FeAl中加入B或Zr有利于提高合金的韧性.在FeAl合金中加入Si，晶界处的Si原子与邻近的原子形成强的共价键，使得在晶界处参与形成金属键的价电子密度降低.在FeAl中加入Si使合金更脆. 关键词：