外来原子替代碳的氟化石墨烯的磁性和电子性质

采用基于自旋极化密度泛函理论的第一性原理计算,研究了在氟化石墨烯中少量C原子被M原子(M=B,N,Si,P)替代后原子片的磁性和电子性质.结果表明:不同原子掺杂后的氟化石墨烯的电子结构会发生很大的变化,并有很大的不同.掺杂B和P原子后,纳米原子片由半导体转变为金属,并且由非磁性转变为磁性;掺杂N原子后,材料则仍为半导体,但具有磁性;进一步讨论了掺杂原子浓度与磁性的关系.对于Si原子掺杂的氟化石墨烯原子片,其半导体性质不变,但禁带宽度也会发生改变.     

二维硼碳基纳米结构上的吸附及其性质

综述金属原子与非金属原子和分子在石墨烯、BC₃平面等二维硼碳基纳米结构上的吸附所表现出的各种物理性质及可能的应用.纯净的石墨烯为零带隙的半金属、无磁且自旋轨道耦合效应非常弱,BC₃平面为间接带隙半导体,但金属原子与非金属原子和分子的吸附可能使石墨烯体系在Dirac点处打开带隙、具有强自旋轨道耦合效应,可能使石墨烯体系与二维BC₃体系具有磁有序、超导电性及应用在氢存储上.另外石墨烯表现出非常好的分子探测性能.     

扭转形变对石墨烯吸附O原子电学和光学性质影响的电子理论研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了扭转形变对石墨烯吸附O体系结构稳定性、电子结构和光学性质,包括吸附能、带隙、吸收系数及反射率的影响.研究发现,吸附O原子后,距O原子最近的C原子被拔起,导致石墨烯平面发生扭曲.吸附能计算表明,扭转形变使石墨烯吸附O原子体系结构稳定性下降,而扭转程度对结构稳定性影响微弱.能带结构分析发现,O原子的吸附使石墨烯由金属变成半导体,扭转形变发生时,可实现其从半导体到金属、再到半导体特性的转变.扭转角为12°的吸附O原子体系为间接带隙,而其他出现带隙的体系均为直接带隙.与本征石墨烯受扭体系相比,吸附O原子体系的电子结构对扭转形变的敏感度降低,其中扭转角在10°—16°范围内变化时,带隙始终稳定在0.11 eV附近,即在此扭转角范围内始终对应窄带隙半导体.在光学性能中,受扭转形变的吸附体系吸收系数和反射率峰值较未受扭转形变石墨烯吸附O原子体系均减弱,且随着扭转程度的加剧,均出现红移到蓝移的转变.     

Ni4NdB电子结构和磁性能第一性原理研究

采用第一性原理,在局域自旋密度近似LSDA及LSDA+U近似,对Ni₄NdB化合物进行结构优化,计算体系晶格常数,电子结构和磁性能.结果表明,Ni₄NdB为带隙很小的金属导体,存在Nd-Ni铁磁耦合,体系总磁矩由Nd原子局域磁矩提供.体系原子成键较为复杂,Nd原子与近邻Ni原子成金属键,Nd原子与近邻B原子成较强离子键,Ni原子与近邻Ni原子间存在间接交换相互作用.在U作用下,体系磁矩与Nd原子磁矩变化一致,Ni原子磁矩在2.75 eV呈现磁有序-磁有序崩溃转变 关键词： 密度泛函理论 电子结构 磁性能 稀土过渡金属间化合物     

Na-呋喃荷移络合物弱相互作用的密度泛函理论研究

在B3LYP／6－311＋G*水平上,对Na-呋喃体系可能存在的弱相互作用复合物进行了全自由度能量梯度优化,发现了Na-呋喃体系存在两个能量极小结构A、B,其中,结构A是Na原子的3s^1电子直接和呋喃杂环体系中的所有重原子的共轭大π 体系 相互偶合,形成一个具有Cs对称性的金属有机复合物;而结构B为Na 原子的3s^1电子主要通过杂原子O和杂环上原有的五中心六电子大π体系形成一个新的平面六中心七电子大π体系,具有C2V对称 性。结果B较结构 A 稳定3.40kJ/mol。结构A中的Na-O键长为0.38nm,<COC为106.9°,由于金属Na对呋喃杂环的作用使整个分子平面变形,C1、C2、C3、C4在同一个平面内,而05则稍微翘离平面且05原子距离由C1、C2、C3、C4 组成的平面的垂直距离约为0.035nm.结构B中Na-O键长为0.26nm,＜COC为106.8°。金属Na原子和杂环中所有的原子在同一个平面内。并在MP2和B3LYP水平下,用3－311＋G＊基组精确计算了最稳定结构B的结合能为△E＝4.5-5.1kJ/mol.     

Mn掺杂对半金属铁磁体Fe_2Si电磁特性的影响

此文用基于密度泛函理论第一性原理的贋势平面波方法,计算了Fe_2Si及Mn掺杂Fe_2Si体系的能带结构、电子态密度和磁学特性,分析了不同位置Mn掺杂对Fe_2Si电磁特性的影响,获得了纯的和不同位置Mn掺杂的Fe_2Si体系是铁磁体,自旋向上的能带结构穿过费米面表现金属特性,纯Fe_2Si的半金属隙为0.164e V;Mn掺杂在Fe1位时,自旋向下部分转变为A-M间的间接带隙半导体,体系呈现半金属特性,此时磁矩为2.00μB,是真正的半金属性铁磁体;掺杂在Fe2位时,自旋向下部分的带隙值接近于0,体系呈现金属特性;掺杂在Fe3位时,自旋向下部分转变为L-L间的直接带隙半导体,体系呈现半金属特性等有益结果 .自旋电荷密度分布图表明Mn原子的3d电子比较局域,和周围原子成键时3d电子更倾向于形成共价键.体系的半金属性和磁性主要来源于Fe-3d电子与Mn-3d电子之间的d-d交换,Si-3p电子与Fe、Mn-3d电子之间的p-d杂化.这些结果为半金属铁磁体Fe_2Si的电磁调控提供了有效的理论指导.     

Ni5Nd2B4的电子结构和磁性能研究

采用LSDA（Local spin-density approximation）近似及LSDA+U（在位库伦势）近似模拟金属间化合物Ni5Nd2B4的磁性能对于R-M-B合金特性的研究具有重要意义。研究结果显示,LSDA近似下,Ni5Nd2B4具备金属导体性质,晶体结构中最紧邻Ni、B原子间杂化成键,最紧邻Ni-Ni共价成键,Nd、B原子形成成键分子轨道作用,Ni原子间存在自旋消弱现象;LSDA+U近似下,Nd原子磁矩提供体系磁性来源,由于自旋排斥作用Ni原子电子与Nd原子电子自旋方向相反,体系在U值约为6.35eV的作用下能较理想的处理体系电子作用。     

Ni5Nd2B4的电子结构和磁性能研究

采用LSDA（Local spin-density approximation）近似及LSDA+U（在位库伦势）近似模拟金属间化合物Ni5Nd2B4的磁性能对于R-M-B合金特性的研究具有重要意义。研究结果显示,LSDA近似下,Ni5Nd2B4具备金属导体性质,晶体结构中最紧邻Ni、B原子间杂化成键,最紧邻Ni-Ni共价成键,Nd、B原子形成成键分子轨道作用,Ni原子间存在自旋消弱现象;LSDA+U近似下,Nd原子磁矩提供体系磁性来源,由于自旋排斥作用Ni原子电子与Nd原子电子自旋方向相反,体系在U值约为6.35eV的作用下能较理想的处理体系电子作用。     

过渡金属富勒烯化合物V_xC_(60)的Raman光谱

研究了金属富勒烯化合物 Vx C6 0 的 Raman光谱。通过比较不同金属原子含量 ( x=1 .44,2 .65,4.35,1 1 .2 )样品的 Raman光谱 ,发现过渡金属 V的原子与 C原子之间出现键合。当金属含量较高时 ,这种碳笼结构的金属富勒烯化合物转变为金属碳化物。     

动态高压下的金属氙

自然界中物质的存在形式及其相应的性质往往取决于其存在条件(如压强、温度和浓度等).存在条件的差异,会使物质的原子排列、晶体结构和电子结构等发生相应的变化,从而呈现出有差异的甚至截然不同的物理特性,如绝缘体-半导体-导体的转变就是一例.由于一般金属具有导电的特性,所以往往把这种转变称为金属化的转变.在足够大的压强作用下,物质中原子间距缩短,相互作用力增强,绝缘体的禁带宽度变窄,以致不复存在,就相应出现半导体、导体的电学特征.这是一种高压下的物性变化. 本世纪初有人曾预言,任何物质在足够大的压强下都可成为金属,并且随后…     

双空位掺杂氟化石墨烯的电子性质和磁性

基于密度泛函理论,计算了外来原子X(Al,P,Ga,As,Si)双空位替代掺杂氟化石墨烯的电子特性和磁性.通过对计算结果分析发现,与石墨烯的双空位掺杂类似,氟化石墨烯的双空位掺杂也是一种较为理想的掺杂方式.通过不同原子掺杂,氟化石墨烯的电子性质与磁性均发生很大变化:Al和Ga掺杂使氟化石墨烯由半导体变为金属,并且具有磁性;P和A8掺杂使氟化石墨烯变为自旋半导体;Si掺杂氟化石墨烯仍是半导体,只改变带隙且没有磁性.进一步讨论磁性产生机制获得了掺杂原子浓度与磁性的关系,并且发现不同掺杂情况的磁性是由不同原子的不同轨道电子引起的.双空位掺杂不仅丰富了氟化石墨烯的掺杂方式,其不同电磁特性也使此类掺杂结构在未来的电子器件中具有潜在应用.     

二维Li+BC3结构高储氢容量的研究

本文基于第一性原理密度泛函理论, 证实了锂原子可以均匀地吸附在二维结构的BC₃片两侧, 同时被吸附的锂原子不会抱团. 通过计算表明, 被吸附的锂原子浓度达到33.3%时, Li+BC₃体系具有最高的储氢比例12.57 wt.%. 然后, 通过热力学分析预测了在室温 (300 K) 下, 115–250 atm之间, Li+BC₃体系可以达到上述储氢比例, 这不仅符合美国能源部的要求, 也满足了应用中的安全需要. 关键词： 第一性原理 储氢 3二维结构')" href="#">Li+BC₃二维结构     

A Comparative Study of the Electronic and Magnetic Properties of Gd5Ge4 and Gd5Si4 Compounds

We present a comparative study of electronic structure and magnetic properties of Gd₅Si₄ and Gd₅Ge₄ compounds using first principles full potential linearized augmented plane wave (FP-LAPW) method based on density functional theory (DFT) using the WIEN2k code. The local-spin density approximation with correlation energy (LSDA+U) method has been used as the exchange-correlation potential. The optimized lattice constants are in good agreement with the experimental data. The total and partial density of states (DOS) of Gd₅Si₄ and Gd₅Ge₄ show the difference in Si 3p-Gd 5d and Ge 4p-Gd 5d hybridization, which have an effective role in indirect exchange interaction. In addition, the magnetic moments of Gd, Si, and Ge atoms and the compounds are calculated to clarify the differences in the magnetic properties of these compounds.     

First-principles investigation of the valley and electrical properties of carbon-doped α-graphyne-like BN sheet

Based on ab initio density functional theory calculations, we demonstrate that two carbon-doped boron nitride analog of α-graphyne structures, B_3C_2N_3 and BC_6 N monolayers, are two-dimensional direct wide band gap semiconductors, and there are two inequivalent valleys in the vicinities of the vertices of their hexagonal Brillouin zones. Besides, B_3C_2N_3 and BC_6 N monolayers exhibit relatively high carrier mobilities, and their direct band gap feature is robust against the biaxial strain. More importantly, the energetically most favorable B_3C_2N_3 and BC_6 N bilayers also have direct wide band gaps, and valley polarization could be achieved by optical helicity. Finally, we show that BC_6 N monolayer might have high efficiency in photo-splitting reactions of water, and a vertical van der Waals heterostructure with a type-II energy band alignment could be designed using B_3C_2N_3 and BC_6 N monolayers. All the above-mentioned characteristics make B_3C_2N_3 and BC_6 N monolayers, bilayers, and their heterostructures recommendable candidates for applications in valleytronic devices,metal-free photocatalysts, and photovoltaic cells.     

The magnetic properties and magnetocaloric effects in binary R-T(R = Pr,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm;T = Ga,Ni,Co,Cu)intermetallic compounds

In this paper, we review the magnetic properties and magnetocaloric effects(MCE) of binary R–T(R = Pr, Gd, Tb,Dy, Ho, Er, Tm; T = Ga, Ni, Co, Cu) intermetallic compounds(including RGa series, RNi series, R_(12)Co_7 series, R_3 Co series and RCu_2series), which have been investigated in detail in the past several years. The R–T compounds are studied by means of magnetic measurements, heat capacity measurements, magnetoresistance measurements and neutron powder diffraction measurements. The R–T compounds show complex magnetic transitions and interesting magnetic properties.The types of magnetic transitions are investigated and confirmed in detail by multiple approaches. Especially, most of the R–T compounds undergo more than one magnetic transition, which has significant impact on the magnetocaloric effect of R–T compounds. The MCE of R–T compounds are calculated by different ways and the special shapes of MCE peaks for different compounds are investigated and discussed in detail. To improve the MCE performance of R–T compounds,atoms with large spin(S) and atoms with large total angular momentum(J) are introduced to substitute the related rare earth atoms. With the atom substitution, the maximum of magnetic entropy change(?SM), refrigerant temperature width(Twidth)or refrigerant capacity(RC) is enlarged for some R–T compounds. In the low temperature range, binary R–T(R = Pr, Gd,Tb, Dy, Ho, Er, Tm; T = Ga, Ni, Co, Cu) intermetallic compounds(including RGa series, RNi series,R_(12)Co_7 series, R_3 Co series and RCu_2series) show excellent performance of MCE, indicating the potential application for gas liquefaction in the future.     

5d过渡金属原子吸附氮化硼纳米管的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法, 研究了氮化硼纳米管六元环中心吸附5d过渡金属原子后体系的几何结构, 电子结构和磁性性质. 研究发现, 吸附原子向一个氮原子或硼原子偏移; 吸附体系在费米能级附近出现明显的杂质能级; 各个体系的总磁矩随原子序数出现规律性变化, 局域磁矩主要分布在吸附原子上.     

Na_2Ge_2Se_5电子结构和光学性质的第一性原理研究

Na_2Ge_2Se_5是一种优异的红外非线性晶体材料.采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法对Na_2Ge_2Se_5进行结构优化,并以此为基础计算研究了Na_2Ge_2Se_5的电子结构和光学性质.结果表明:Na2Ge2Se5是宽禁带间接带隙半导体,价带至导带的电子跃迁主要来自于Ge和Se的48,4p态;Na对光学性质的贡献较小,Ge和Se之间的相互耦合作用决定了Na_2Ge_2Se_5的光学性质;该晶体在紫外区有强烈的反射和吸收,静态折射率为2.133,双折射率值适中,为0.145.理论计算结果表明,Na_2Ge_2Se_5是一种性能优良的红外非线性光学晶体材料.     

Synergistic influences of titanium,boron, and oxygen on large-size single-crystal diamond growth at high pressure and high temperature

The synergistic influences of boron, oxygen, and titanium on growing large single-crystal diamonds are studied using different concentrations of B₂O₃ in a solvent-carbon system under 5.5 GPa-5.7 GPa and 1300 ℃-1500 ℃. It is found that the boron atoms are difficult to enter into the crystal when boron and oxygen impurities are doped using B₂O₃ without the addition of Ti atoms. However, high boron content is achieved in the doped diamonds that were synthesized with the addition of Ti. Additionally, boron-oxygen complexes are found on the surface of the crystal, and oxygen-related impurities appear in the crystal interior when Ti atoms are added into the FeNi-C system. The results show that the introduction of Ti atoms into the synthesis cavity can effectively control the number of boron atoms and the number of oxygen atoms in the crystal. This has important scientific significance not only for understanding the synergistic influence of boron, oxygen, and titanium atoms on the growth of diamond in the earth, but also for preparing the high-concentration boron or oxygen containing semiconductor diamond technologies.     

多晶硼和含硼金属玻璃的表面广延能量损失精细结构研究

本文用反射型芯能级电子能量损失谱的广延部分,即所谓广延能量损失精细结构,研究了硼原子在多晶硼、非晶Fe₈₀B₂₀和Fe_78.5Si₅B_16.5样品表面的行为和这些样品表面的微观结构。测得的谱显示的振荡结构在硼k壳层吸收边以上延续约300电子伏。利用我们实验室发展的计算程序,对所测得的广延能量损失精细结构(SEELFS)谱进行数据分析,得到了被测样品受激原子附近的径向分布函数(RDF);经相移修正后 关键词：