KH_2PO_4晶体的太赫兹-紫外光谱

实验测量了室温下磷酸二氢钾KH2PO4(KDP)晶体0.2～1.6THz的时域光谱,以及50～4000cm-1范围内的远红外光谱,200～2000nm的紫外-可见-红外光谱。KDP晶体的禁带宽度是5.91eV。在测量范围内有一个很宽的声子吸收带。从0.2～205.5THz吸收系数在35～80cm-1,声子吸收的低频端小于0.2THz。最高的纵光学模声子的频率νLO大约是205.5THz,由此求出这支声子的H—O键的力常数为13.13N·cm-1。     

KTiOPO4晶体的太赫兹光学声子振荡特性研究

采用超快半导体光电导开关的宽带太赫兹时域频谱系统,研究了 KTiOPO4 晶体在0.5～2.0THz波段的光学声子振荡特性;在晶体z轴平行于THz波电场振动方向时发现了明显的吸收峰.利用晶体中晶格振动模式（光学声子）对光谱的选择性吸收特性和多洛仑兹振子伪谐振介电模型,很好地拟合了KTP晶体的复介电常量曲线,得到了对应晶格弱振动的光学声子的频谱参量值.研究结果表明,位于ω1 /2π=1.76 THz的吸收峰是KTP晶体中沿z轴排列的K+相对于PO4和TiO6晶格振动造成的光学外振动模.同时也说明THz波对于晶格弱振动非常敏感,对于微弱的光学声子吸收峰的频谱分析更加精准.     

LiFeAs超导体中磁性与声子软化

运用第一性原理密度泛函理论研究了铁基超导体LiFeAs的电子结构和声子谱.计算得到的LiFeAs基态具有涨落的条型反铁磁构型.通过比较LiFeAs在非磁态与条形反铁磁态下的声子态密度,发现,LiFeAs中各向异性自旋互作用的竞争产生了不稳定的自旋密度波和部分晶格位置弛豫,导致Fe和As原子振动模式的软化,从而提高电声子耦合强度.因此,自旋-声子互作用对非常规超导电性有重要贡献. 关键词： 铁基超导体 反铁磁序 超导电性 电声子耦合     

KDP晶体的太赫兹光谱研究

实验测量了室温下磷酸二氢钾（KDP）晶体0．2～1．6THz的时域光谱,以及50～4000cm叫范围内的远红外光谱,200～2000nm的紫外一可见一红外光谱。KDP晶体的禁带宽度是5．91eV,在测量范围内有一个很宽的声子吸收带,从0．2～205．5THz吸收系数在35～80cm-1,声子吸收的低频端小于0．2THz。最高的纵光学模声子的频率大约是205．5THz,由此求出这支声子的H—O键的力常数为13．13N·cm-1。     

镍基超导母体材料EuNi_2Si_2的结构和热力学性质研究

应用Chen-Mbius晶格反演获得的原子间相互作用势,对镍基超导母体材料EuNi2Si2不同空间群的结构进行结构弛豫、切变拉伸、随机扰动和X射线衍射谱的分析.研究表明,空间群号为139结构的EuNi2Si2母体材料能量最低,结构最稳定.另外,还计算了空间群号为139稳定晶格结构的声子态密度和热力学性质.计算结果表明:对于声子态密度,原子质量较大的稀土元素Eu在低频范围内贡献最大,随着频率的升高,原子质量较小的元素Si的贡献越来越突出;对于比热容和振动熵,在低温区元素Eu和Ni的贡献较大,随着温度的升高,元素Si的贡献越来越突出.     

Y3Al5O12的热输运性质的第一性原理研究

基于密度泛函微扰理论（DFPT）结合模守恒赝势方法进行晶格动力学模拟.得到了钇铝石榴石（YAG）的声子态密度、分波声子态密度和声子的色散谱.利用第一Brillouin区的特殊点取样方法,计算了YAG的比热容和布局数平均的声子群速度.在非谐相互作用下,利用Fermi黄金公式结合第一Brillouin区的特殊点取样方法,得出了YAG非谐声子平均自由程.综合考虑了两种声子散射机制,得到了YAG陶瓷的热导率.结果表明,对于YAG陶瓷,在低温时,晶界散射将对热阻起主要作用;在高于一定温度时,三声子相互作用对热阻的贡献将占主导地位.同时也从理论上证明了Sato等提出的在室温以上,YAG陶瓷与单晶的热导率的差异可以忽略的观点.所得到的热导率、比热容随温度的变化与实验结果很好地符合.     

β-D-吡喃半乳糖的太赫兹光谱研究

为深入了解β-D-吡喃半乳糖在太赫兹波段的光谱特性, 利用太赫兹时域光谱技术测量了室温下β-D-吡喃半乳糖晶体在0.3～3.0 THz范围内的吸收谱及折射率谱, 同时利用傅里叶变换红外光谱技术获得了半乳糖在1.5～19.5 THz之间的吸收谱。实验研究的同时, 运用密度泛函理论和6-311+G**基组计算了气态孤立β-D-吡喃半乳糖分子的结构及其在太赫兹波段的振动频率, 并据此对实验光谱吸收峰进行了指认。研究结果表明, 除了因为分子间效应而导致的少许偏移外, 理论计算结果与实验数据吻合得很好; 实验光谱在6 THz以上频段的共振吸收峰来源于明确的分子内振动模式, 而6 THz以下低频段的共振吸收峰则主要来源于分子间氢键或晶体的声子模式。实验和理论研究的对比表明物质的远红外吸收特征对于分子的结构和空间排列非常敏感。     

除虫脲和高效氯氟氰菊酯的太赫兹光谱及密度泛函理论研究(英文)

利用太赫兹时域光谱技术及密度泛函理论对两种常用的卫生杀虫剂除虫脲和高效氯氟氰菊酯的低频振动光谱进行了研究。室温下观测到两种物质在0.2～2.2THz内的实验谱分别有5和7个吸收峰,可作为其在THz波段的指纹谱用于分子识别。为了深入理解太赫兹吸收峰的振动特性,我们采用Gaussi-an03和CRYSTAL09软件分别进行了单分子和晶体的密度泛函理论模拟。晶体模拟结果预测出两种物质在0.2～2.2THz实验谱中所有的吸收峰,明显优于单分子模拟结果。最后通过晶体密度泛函理论模拟的简正模式分析获得不同吸收峰处的振动模式归属。结果证明太赫兹光谱技术在农药分子识别以及晶体密度泛函理论模拟在太赫兹吸收峰指认和振动模式归属方面的可行性。     

C60的拉曼谱及其分子晶体的相变

C60 在 2 87K— 1 0 K的拉曼光谱 ,观测到 2 5 0 K及 1 0 0 K附近的拉曼谱线的位移及强度的突变。其中 Ag模的强度及其变化都较 Hg模的大 ,且不同振动模式谱线强度呈现不同的变化形式 ,由此探讨分子键极化率随温度的变化 ,推断 C60 晶体的相变特点     

Y3Al5O12的热输运性质的第一性原理研究

基于密度泛函微扰理论（DFPT）结合模守恒赝势方法进行晶格动力学模拟.得到了钇铝石榴石（YAG）的声子态密度、分波声子态密度和声子的色散谱.利用第一Brillouin区的特殊点取样方法,计算了YAG的比热容和布局数平均的声子群速度.在非谐相互作用下,利用Fermi黄金公式结合第一Brillouin区的特殊点取样方法,得出了YAG非谐声子平均自由程.综合考虑了两种声子散射机制,得到了YAG陶瓷的热导率.结果表明,对于YAG陶瓷,在低温时,晶界散射将对热阻起主要作用;在高于一定温度时,三声子相互作用对热阻的贡献将占主导地位.同时也从理论上证明了Sato等提出的在室温以上,YAG陶瓷与单晶的热导率的差异可以忽略的观点.所得到的热导率、比热容随温度的变化与实验结果很好地符合. 关键词： 声子平均自由程 密度泛函微扰理论 3Al₅O₁₂声子结构')" href="#">Y₃Al₅O₁₂声子结构 热导率     

有机电光晶体4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲基苯磺酸盐的太赫兹光谱研究

采用色散校正的密度泛函理论(dispersion-corrected density functional theory,DFT-D2)对有机电光晶体4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲基苯磺酸盐(4-N,N-dimethylamino-4′-N′-methyl-stilbazolium tosylate,DAST)进行结构优化和太赫兹光谱计算,通过逐步提高精度进行几何优化的方法寻找DAST收敛的基态稳定结构,获得与DAST初始结构相一致的基态稳定结构.在此结构的基础上,在0—4 THz范围的太赫兹计算光谱与实验测量结果一致,说明采用DFT-D2进行优化的合理性.重要的是,首次通过计算的太赫兹光谱对DAST在0—4 THz范围的太赫兹吸收峰的振动模式进行了详细归属.结果表明:1.12 THz处的振动是DAST阴阳离子的光学声子模式,1.46 THz和1.54 THz两处的振动主要与磺酸盐有关,而2.63 THz和3.16 THz两处的振动则分别源于阳离子的扭转振动和阴离子的转动.该结果不仅很好地说明了阴阳离子分别在太赫兹响应中的贡献,而且为今后通过取代阴阳离子基团获取具有更高二阶非线性效应的DAST衍生物的新合成提供了重要的参考和指导.本文结果说明密度泛函理论在太赫兹光子学上的重要应用,对探究有机电光晶体的太赫兹响应物理原理、性能控制等具有重要的指导价值.     

三氨基三硝基苯基高聚物粘结炸药热力学性质的理论计算研究

高聚物粘结炸药(PBX)的热力学性质是用于炸药结构响应、安全性评估、数值模拟分析等的重要参数.由于PBX结构的多尺度特性,完全采取实验方法精细表征这些参数存在巨大的挑战.本文运用第一性原理和分子动力学计算的方法,系统研究了三氨基三硝基苯(TATB)基高聚物粘结炸药的热力学参数和界面热传导性质.利用散射失配模型研究了TATB与聚偏二氟乙烯(PVDF)界面的热传导过程,发现热导率随温度升高而上升,并且在高温情况下接近于定值.基于分子动力学获得的TATB热导率并结合界面热导率,分析了PBX炸药的热导与颗粒尺寸的关系,当颗粒尺寸大于100 nm时,界面热阻对于PBX热导率的影响有限.     

马来酰肼多形态的太赫兹光谱研究

分子的多形态(多晶型)是指化学组成相同但存在不止一种晶体形式的物质.这些多形态广泛存在于自然界中,其中药物的多形态尤其普遍.这些药物多形态虽然具有相同的化学分子组成,但其理化性质却存在差异,最终会导致药物作用功能的不同.近年来,随着太赫兹(THz)辐射源的产生方式成为一种常规技术后,太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)...     

黑索金的非弹性中子散射及第一性原理计算

黑索金(环三亚甲基三硝胺, RDX, C₃H₆O₆N₆)是一种非常重要的次级炸药, 因其高能量密度及对外界刺激的低感度而具有广泛的军事和工业应用. 为了能在生产、运输、存储以及使用中对其行为进行有效控制, 人们对它的化学性质、力学性质, 尤其是起爆进行了大量的研究. 炸药的起爆是一个非常复杂的过程, 其中最主要的问题之一就是能量是如何从连续介质尺度的刺激转移到原子尺度引起吸热分解的. 根据冲击波致爆的非平衡态Zel'dovich-von Neumann-Doering模型, 声子作为最初的热载体在整个过程中起着非常重要的作用. 实验上, 非弹性中子散射技术是研究晶体中原子和分子运动动力学的有力手段, 尤其是对于包含了大部分声子晶格模式的低频区域来说极具优势. 利用非弹性中子散射技术测得了RDX 在10–104 cm^-1 范围内的振动谱, 结合固态量子化学计算, 对所测的12个振动模式进行指认. 研究结果有助于人们对起爆详细机理的认识.     

Lattice dynamics investigations of SiGe core-shell nanowires

We present results from lattice dynamics calculations on the phonon modes and specific heat of SiGe core-shell nanowires. The results show that phonon dispersion relation of SiGe nanowires consists of four acoustic branches. The frequency of the first optical mode at Γ point shifts to low frequency as the Ge concentration is increasing. There are three strong peaks in the spectra of density of states. The peaks at 9.0 THz and 15.0 THz can be attributed to the high frequency Ge-Ge and Si-Si bond vibration. The broad peak around 3.0 THz of pure silicon nanowire corresponds to the transverse acoustic branch of bulk silicon. Moreover, specific heat of SiGe nanowires increases (decreases) with the increase of the concentration x at low (high) temperature. The specific heat at 300 K can be fitted by C _V = x ² C _Ge + (1 − x)C _Si, where C _Ge and C _Si are specific heat of pure germanium and silicon nanowires respectively.     

Theoretical study of the phonon–phonon scattering mechanism and the thermal conductive coefficients for energetic material

Abstract

The elastic constants and force constants of an energetic material named as 1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzene (TATB) are calculated by first-principles method under the GGA+vdW functional. Based on them, a physical picture to describe the phonon–phonon scattering mechanism is obtained, and a method to evaluate the thermal conductive tensor is developed. The resulting thermal conductivities are in agreement with the available experiments. We find that 20 vibrational modes play important roles in determining the heat exchange process of TATB. The vibrational direction, symmetry, displacement field and the detailed information of the key vibrational modes are obtained.     

FOX-7转晶行为的太赫兹光谱及理论计算研究

1, 1 -二氨基- 2, 2 -二硝基乙烯(FOX-7)是一款新型高能钝感炸药, 为了研究温度变化对其分子结构特性的影响, 利用太赫兹时域光谱技术对持续升温(298K→393 K)过程中FOX-7 在0.2—2.5 THz 频率范围内的吸收光谱进行了在线探测, 结果发现随着样品温度的升高, FOX-7 的吸收谱带发生变化, 于384 K 时出现一个新的吸收特征峰, 且该吸收峰的峰强逐渐升高. 基于密度泛函理论(DFT), 对样品在298 K 和393 K 温度下的晶体结构进行了小于2.5 THz 范围内吸收频谱的模拟计算, 完成了对FOX-7 两种晶型实验吸收特征峰的指认. 分析表明FOX-7 的分子结构会受温度的影响而发生改变, 互为异构晶型的基团表现出的振动模式不同, 温度384 K 时FOX-7 开始发生α→β 晶型转变, 且该晶型转变过程是可逆的, 新出现的1.12 THz 特征峰在393 K 时的振动是由—NO₂ 和—NH₂ 的摆动及各自的扭动所致.     

Spontaneous excitation of discrete breathers in crystals with the NaCl structure at elevated temperatures

The density of phonon states at various temperatures has been calculated for crystals with the NaCl structure with equal and strongly differing weights of anions and cations. It has been shown that, in the crystal with a considerable difference in the weights of components, a wide band gap exists in the spectrum of phonon states, which leads to spontaneous excitation of nonlinear localized vibrational modes??gap discrete breathers having frequencies inside the band gap, if the temperature is sufficiently high. It has been found that the peak of the density of phonon states lying above the spectrum of linear vibrations appears at elevated temperatures, which can indicate the existence of discrete breathers with corresponding frequencies. It has been noted that, previously, the existence of gap discrete breathers in the NaI crystal at 555 K was shown experimentally. The presented results bring up the question of the theoretical justification and experimental observation of the breathers with frequencies above the phonon spectrum.