高压下Al的零温电子结构和物态方程

 用LMTO法（线性Muffin-Tin轨道法），计算了金属铝的超高压电子结构及零温物态方程。Al的压缩比到10，压力达10 TPa。根据第一原理计算结果，在带结构方面，s带总是处于Fermi能以下，随着压力的增加，s、p和d的带宽增加，随后则杂化程度增加，所以s、d轨道的电子占据数连续变化。上述变化对压力的影响也是连续的，换言之，从s→d转变没有理由说明Al在0.5 TPa附近冲击Hugoniot的斜率的拐弯现象。而这一点则是与Altshuler的观点不同。物态方程的第一原理计算结果表明，bcc结构比fcc结构要软，但因差别不很大，即使发生fcc→bcc的转变，也不会引起Hugoniot的质的变化（拐弯）。Al的LMTO物态方程还表明，我们以前所采用的半经验的冷压误差可达30%。为此，根据LMTO结果，给出新的冷压表达式p=∑_i=0⁵a_iδ^i/3，δ=Ω₀/Ω，其中a₀=-7.327 79，a₁=18.754 3，a₂=10.209 7，a₃=-2.523 53，a₄=-4.787 2，a₅=6.065 94，拟合误差小于3%。     

过渡金属锇在高压下的力学特性

 基于密度泛函理论平面波赝势法的第一性原理计算,研究了过渡金属锇在高压下的状态方程、弹性常数和其它力学性质。 计算结果表明：过渡金属锇具有很高的体积模量B₀（423.9 GPa）和弹性常数C₁₁（771.3 GPa）与C₃₃（852.0 GPa）,与金刚石的（B₀=452.8 GPa,C₁₁=C₃₃=1 082.9 GPa）比较,具有超低压缩特性;表征材料抵抗剪切变形能力的弹性常数C₄₄（269.8 GPa）和切变模量（276.8 GPa）只有金刚石的（C₄₄=586.9 GPa,G=537.5 GPa）一半,而所成的又是纯金属键,因此锇不具有超硬性。最后,定性分析了它的高体积模量和低硬度的微观电子机制,这对于设计与合成新的超硬性材料具有启发意义。     

Cd1-xZnxTe在高压下的电学性质、状态方程与相变

 在金刚石压砧装置上,采用电阻和电容测量方法研究了Cd_1-xZn_xTe（x=0.04）在室温下、17 GPa内的电阻、电容与压力的关系。实验结果表明,它在3.1 GPa左右和5 GPa左右发生了两次电子结构相变,而在3.1 GPa以上和5.7 GPa左右发生了两次晶体结构相变。同时,还在活塞-圆筒测量装置上研究了Cd_1-xZn_xTe（x=0.04）在室温下、4.5 GPa内的p-V关系。实验结果表明它在3.8 GPa左右发生了相变。本工作还给出了它在相变前后的状态方程,以及它的Grüneisen参数γ₀、体弹模量B₀ 与B₀ 的压力导数B₀′。     

高温超导体低温、高压下的物理性质的研究

 在3~20 GPa压力范围内，测量了含氧量较低的YBa₂Cu₃O_7-δ（δ=0.46）单晶压力增强效应（dT_c/dp=4.9KGPa^-1）；YBa₂Cu₃O₇（T_c0=90 K）单晶在压力下临界电流密度随压力变化；外磁场H=30 kO_e时，T_c与磁场、压力关系；压力达16.5 GPa下，Bi₂Sr₂CaCu₂O_x单晶T_c(p)关系（dT_c/dp=-0.4 KGPa^-1）。发现Y系高温超导体的温度压力导数dT_c/dp与T_c0中间呈dT_c/dp=b-mT_c0线性关系（b、m为常数）。结合压力下Y系超导体结构相变和含氧量对T_c影响，分析这类超导体T_c有很强的正压力效应的原因。把实验结果同几种超导电性微观理论模型进行了分析和比较。     

固相线下Pr1-xBa2-yCax+yCu3O7±δ体系的相关系和晶体结构

 利用X射线衍射分析和Rietveld结构精修的方法研究了固相线下Pr_1-xBa_2-yCa_x+yCu₃O_7±δ体系的相关系和晶体结构。研究表明：950 ℃、空气条件下，Pr_1-xBa_2-yCa_x+yCu₃O_7±δ（y=0）体系系列样品总是含有两相：Pr123（PrBa₂Cu₃O_7±δ）和BaCuO₂；而且，随Ca含量的增加，杂相BaCuO₂的含量也随之增加。Pr_1-xBa_2-yCa_x+yCu₃O_7±δ（x=0）体系y=0.1、0.2、0.3、0.4的样品都只含有Pr123单相；y=0.5的样品含有3相：Pr123、Ca₂CuO₃和Pr₄Ca₁₀Cu₂₄O₄₁。另外，Pr_1-xBa_2-yCa_x+yCu₃O_7±δ（x=0）系列样品（y=0.1、0.2、0.3、0.4）中Pr123相还发生了正交-四方晶系的结构转化。y=0.1和0.2的样品为正交晶系，晶胞参数分别为a=0.390 33(4)和0.389 36(1) nm，b=0.389 53(4)和0.387 73(1) nm，c=1.173 38(4) 和1.168 20(2) nm；y=0.3和0.4的样品为四方晶系，晶胞参数分别为a=b=0.387 80(0) 和0.387 67(0) nm，c=1.166 00(2) 和1.165 20(2) nm。在Pr123结构中，Ba离子可以被Pr离子代替，但不能被Ca离子所代替。Ca离子占据部分Pr离子的位置。在Pr_1-xBa_2-yCa_x+yCu₃O_7±δ（x=0）体系中Pr、Ba和Ca离子间的相互替代中，离子半径比化学性质起到了更大的作用。在950 ℃、空气条件下，Ca离子在Pr_1-xBa_2-yCa_x+yCu₃O_7±δ体系中的最大溶解量是当x=0时，y≤0.4。     

Cu100-xZrx金属玻璃的电阻-压力特性

 本文在0~0.8 GPa的压力范围内对金属玻璃Cu_100-xZr_x（x=70，75）进行了室温下的电阻测量。利用实验得到的负的电阻-压力系数α_p及推广的Ziman理论着重计算并讨论了压力下d波相移η₂(E_F)项对α_p的贡献。     

分子晶体的高压Raman光谱及结构相变

 本文综合我们从NH₃F（氟化胺）、HCCl₃（氯仿）、HCBr₃（溴仿）、S₈（硫）和C₃N₆H₆（三聚氰胺）等分子晶体获得的高压Raman光谱数据，讨论了分子晶体Raman光谱的谱带强度，频率位移，晶场劈裂和Grüneisen常数等对压力的依赖关系。总结了分子晶体压致结构相变的光谱证据和高压新相结构确定的几种方法。     

Ti1-xCexO2体系纳米粉体的制备及其结构表征

 采用溶胶凝胶法制备了纳米Ti_1-xCe_xO₂系列样品。利用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、高分辨电子显微镜（HRTEM）对纳米Ti_1-xCe_xO₂系列样品颗粒尺寸、形貌以及固溶区范围和物相组成进行了研究；同时，采用Rietveld结构精修的方法研究了Ce的不同掺杂量对TiO₂晶体结构的影响。实验结果表明，Ce掺杂TiO₂能够形成Ti_1-xCe_xO₂固溶体，Ti_1-xCe_xO₂的固溶区范围在x=0～0.06之间，Ti_1-xCe_xO₂的晶粒度为5～10 nm，平均颗粒粒度约35 nm，且粒度均匀。     

Hg1-xCdxTe在高压下的结构、状态方程与相变

 利用X射线粉末衍射方法,在室温高压下观察到了Hg_1-xCd_xTe（x=0.19）的相变。实验是在DAC高压装置上完成的,压力从0逐步加至10.1 GPa。在常温常压下Hg_1-xCd_xTe（x=0.19）具有闪锌矿结构。从实验结果看到,在压力为3 GPa和6.8～8.3 GPa之间有两个结构相变存在。初步认为,后一个相变与Hg_1-xCd_xTe（x=0.19）的金属化有密切关系。通过计算,得到了它在相变前的状态方程,并且与二元HgTe化合物在相变规律上进行了比较。     

高温高压合成金刚石中触媒的价电子结构分析

 在高温高压条件下,金属触媒与石墨形成的碳化物Me₃C（Me为Fe、Ni）是形成金刚石结构的主要碳源。利用固体与分子经验电子理论（EET）,计算了多种Me₃C型碳化物和金刚石的价电子结构以及表征界面性质的电子结构参数,并将程氏理论（TFDC）提出的原子界面边界条件应用到碳化物/金刚石界面,发现碳化物晶胞中C—C键络组成的晶面与金刚石中的某些晶面的电子密度在一级近似下是连续的,但不同碳化物其连续程度不同,其中Co₃C和(FeNi)₃C中碳原子组成晶面的价电子结构与金刚石中的最接近,其C—C键转化为金刚石结构需要的能量最低。从电子结构角度上解释了催化机制及不同触媒的催化效果,价电子理论是探讨金刚石催化机制的新途径。     

First-principles energy band calculation for undoped and N-doped InTaO4 with layered wolframite-type structure

The electronic structures of undoped and N-doped InTaO₄ with optimized structures are calculated within the framework of the density functional theory. Calculated lattice constants are in excellent agreement with experimental values, within a difference of 2%. The valence band maximum (VBM) is located near the middle point on the ZD line and the conduction band minimum (CBM) near the middle point on the DX line. This means that InTaO₄ is an indirect-gap material and a minimum theoretical gap between VBM and CBM is ca. 3.7 eV. The valence band in the range from −6.0 to 0 eV mainly consists of O 2p orbitals, where In 4d5s5p and Ta 5d orbitals are slightly hybridized with O 2p orbitals. On the other hand, the conduction band below 5.5 eV is mainly composed of the Ta 5d orbitals and the contributions of In and O orbitals are small. The band gap of N-doped InTaO₄ decreases by 0.3 eV than that of undoped InTaO₄, because new gap states originating from N 2p orbitals appear near the top of the valence band. This result indicates that doping of N atoms into metal oxides is a useful method to develop photocatalysts sensitive to visible light.     

过渡金属掺杂GaN的电子结构和光学性质理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法计算不同过渡金属（V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni）掺杂GaN的电子结构及光学性质,分析掺杂对电子结构及光学性质的影响.结果表明,过渡金属掺杂在GaN的禁带中引入杂质能带,除掺Fe体系外其它掺杂体系都表现为半金属性.除掺Fe和Ni体系在低能区没有出现光吸收外,其它体系均在低能区杂质能级处出现光吸收.     

Electronic Structure Research on Lattice Stability of V, Nb, and Ta by Density Functional Theory

为了探索纯金属晶格稳定性的电子结构, 采用总能赝势平面波方法计算了VB族金属V、Nb和Ta不同晶体结构的晶格常数、总能和态密度,并将计算结果与第一原理投影缀加波方法结果、CALPHAD方法结果及实验数据等进行了详细地对比和分析．结果表明三种元素三种结构的大部分s态电子均已转化成成键能力更强的p或d态电子,增强了晶体原子之间的化学键合,并且s态电子向p态和d态电子的转化随晶体结构和元素周期发生明显变化．这种变化增强了原子序数较大的重金属原子之间的化学键合,形成了较高的晶体结合能,增强了晶格稳定性．     

Atomic displacements in dilute alloys of Cr, Nb and Mo

Kanzaki lattice static method is used to calculate the atomic displacements due to substitutional impurities in 3d (Cr) and 4d (Nb, Mo) metals. Wills and Harrison interatomic potential is used to calculate dynamical matrix and the impurity-induced forces up to second nearest neighbors. The calculated atomic displacements for 3d, 4d and 5d impurities in Cr (V, Mn, Fe, Ni, Nb, Mo, Ta and W), Nb (V, Cr, Mn, Fe, Zr, Mo, Ta and W) and Mo (V, Cr, Mn, Fe, Zr, Nb, Ta and W) are tabulated up to 10 NN’s. The strain field due to 3d impurities is least in Cr metal while it is larger in Nb and Mo metals. For 4d and 5d impurities the strain is larger in Cr metal than in Nb and Mo hosts. Similar trend is found for relaxation energies also.     

MgCNi3的电子结构、光学性质与超导电性

用第一性原理的密度泛函能带计算方法研究了新近发现的超导体MgCNi3的电子能带结构.计算结果表明其电子结构的基本特征是：Ni的3d态和C的2p态的杂化组成了MgCNi3的导带，费米面附近的物理性质主要由来源于Ni的3d电子态决定.在费米能级(EF)以下30eV的范围内，Ni 3d态构成了能带色散微弱的密集电子态，EF恰好落在Ni 3dyz+zx和3d3z2-r2电子态密度.C 2p态分布在EF以下40—70eV的区域内，Mg主要是以二价离子Mg2+的形式存在.Mg原子的掺杂导致了Ni原子的3d态基本上全部占据，引起Ni原子磁矩的消失.费米能级EF处的态密度N(ＥＦ)是550(states/eV·cell)，由此得到的Sommerfeld常数γeal～445mJ/mol·K2.基于第一性原理的光学性质的计算结果表明：在0—12eV的范围内光吸收主要是从占据的Ni 3d态向C　2p和Ni4s的跃迁.根据这些结果得出结论：MgCNi3的超导电性基本上是强耦合的BCS电子-声子作用机理. 关键词： MgCNi3 高温超导体 电子结构 光学性质     

Energy levels and radiative lifetimes of 3pns 3P0 and 3pnd 3P0 series of Si I

The energy levels and lifetimes of 3pns ^3po （n = 7 - 35） and 3pnd ^3p0 （n = 6 - 17） series of neutral silicon are calculated and predicted by means of multichannel quantum defect theory （MQDT）. In addition, the perturbation caused by core-excited state 3s3p^3 is discussed. The 3pnd ^3p0 series, especially 3p4d ^3p0, 3p5d ^3P0, and 3p6d ^3P0 are perturbed strongly by the core-excited state 3s3p3 ^3P0. These cause the lifetime of 3pnd ^3P0 （n = 5 - 7） to be less than that of 3p4d 3Po. The lifetimes of 3p14d ^3P0 （65479.14 cm^-1） and 3p16d ^3p0 （65608.77 cm^-1） are less than that of their frontal states respectively, because these states are perturbed by 3p22s ^3p0 （65476.48 cm-1） and 3p30s ^3p0 （65608.99 cm^-1） respectively.     

Ultraviolet photoemission spectroscopy of (TaSe4)2I

The vacuum ultraviolet photoemission spectra of quasi-one-dimensional charge density wave ( CDW ) system, (TaSe₄)₂I, were measured for photon energies between 32 and 100 eV at room temperature ( in the normal phase ) and at about 100 K ( in the CDW phase ). The spectrum of Ta 4f core-levels has shown no additional splitting due to the two different Ta sites. The spectra of the valence and conduction bands have revealed the resonant enhancement for the excitation of the Ta 5p core states, which demonstrates the remarkable hybridization of Ta 5d orbitals with Se 4p orbitals with binding energies smaller than 4 eV. In the CDW phase, the partial cross section decreases for both Ta 5d bands and Se 4p bands with Ta 5d components.     

ZnNb2-xTaxO6（x=0～2.0）材料电子结构与光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的赝势平面波第一性原理方法,理论研究了不同计量Ta掺入ZnNb2O6材料的光电特性。通过对ZnNb2-xTaxO6(x=0~2.0)材料键结构和态密度的计算,并结合带间电子跃迁分析了材料的介电函数、折射率、反射率以及吸收系数。计算结果显示:(1)ZnNb2-xTaxO6(x=0~2.0)为间接半导体,带隙随着Ta原子的掺入呈下降趋势(x=0,Eg=3.51eV;x=2,Eg=2.916eV),随着Ta掺入量的增加导带顶逐渐移向费米面。态密度主要由O2p、Zn3d、Nb4d、Ta5d轨道组成;(2)ZnNb2-xTaxO6(x=0~2.0)价电子态呈现为非对称,具有很强的局域性,对材料整体的电子结构和键特性有重要的影响;(3)介电函数的计算表明,ZnNb2-xTaxO6(x=0~2.0)材料各向异性,最大吸收峰在3.02×105cm-1附近,消光系数在带边表现出较强的吸收特性,进一步以带结构和态密度为出发点,探讨了电子带间跃迁的光电机理。该结果为研制高性能光电器件用新型功能材料提供了理论依据。