Fe-Si合金结构和电子性质的第一性原理计算

本文采用第一性原理计算方法系统研究了Fe-Si合金的几何结构和电子结构。计算结果表明,优化后得到的晶格参数与实验值基本一致,铁硅合金的密度随着铁含量的增加而增加。计算获得了Fe-Si合金的能带结构,结果显示四方FeSi_2、六方Fe_5Si_3、三方Fe_2Si、立方Fe_(11)Si_5、立方Fe_3Si呈现金属性,而FeSi和正交FeSi_2是半导体。最后,通过状态密度图分析了四方FeSi_2和正交FeSi_2的电子结构。     

Al元素含量对高熵合金Al_xFeTiCrZnCu力学性能的影响

采用第一性原理密度泛函理论,结合平面波赝势和广义梯度近似(GGA),用虚拟晶体近似(VCA)的方法建立高熵合金的固溶结构模型,计算了高熵合金Al_xFeTiCrZnCu的结构性能、弹性性能和生成热.计算结果表明,Al_xFeTiCrZnCu高熵合金的密度随着Al元素含量的增加而减小,晶格常数在Al元素摩尔含量为1时最小. Al元素含量的增加能提高高熵合金Al_xFeTiCrZnCu的力学稳定性.基态总能量和生成热都随着Al元素含量的增加而增加,但是合金系的稳定性和热力学稳定性有所下降.     

Mg，Cu 掺杂CdS电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理的平面波超软赝势方法,对闪锌矿结构CdS晶体及CdS:M（M=Mg, Cu）的几何结构、能带结构、电子态密度、集聚数和电荷密度分布进行了研究.对掺杂后体系的几何结构进行了优化计算,发现Mg和Cu原子掺入CdS后晶格常量均减少,晶格发生畸变.在此基础上研究了掺杂对体系电子结构的影响.结果表明,Mg,Cu掺入CdS都能提供较多空穴态,形成p型电导,并且Cu较Mg是更好的p型掺杂剂. 关键词： 密度泛函理论 电子结构 p型掺杂     

W-Cu共掺杂ZnO电子结构和光学性质

采用了基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征ZnO, W单掺杂ZnO, Cu单掺杂ZnO,以及W-Cu共掺杂ZnO电子结构和光学性质.计算结果表明:W掺杂属于n型掺杂, Cu掺杂属于p型掺杂,单掺杂均可以提高ZnO的载流子浓度,从而改善ZnO的导电性. W-Cu共掺杂时ZnO进入简并状态,呈现金属性质.三种掺杂ZnO的吸收光谱均发生红移,其中W-Cu共掺杂时, ZnO对太阳光谱的吸收效果最好.     

Al元素含量对高熵合金Al_xFeTiCrZnCu力学性能的影响

采用第一性原理密度泛函理论，结合平面波赝势和广义梯度近似(GGA)，用虚拟晶体近似(VCA)的方法建立高熵合金的固溶结构模型，计算了高熵合金Al_xFeTiCrZnCu的结构性能、弹性性能和生成热.计算结果表明，Al_xFeTiCrZnCu高熵合金的密度随着Al元素含量的增加而减小，晶格常数在Al元素摩尔含量为1时最小.Al元素含量的增加能提高高熵合金Al_xFeTiCrZnCu的力学稳定性.基态总能量和生成热都随着Al元素含量的增加而增加，但是合金系的稳定性和热力学稳定性有所下降.     

Mn掺杂ZnO光学特性的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法计算了纤锌矿ZnO及不同量Mn 掺杂ZnO 晶体的电子结构，分析了掺杂对ZnO 晶体的能带结构、电子态密度、差分电荷分布的影响. 计算结果表明，随着Mn 掺杂含量的增加，ZnO 禁带宽度相应增加并且对紫外吸收区的光吸收能力也随之增强.     

应变对单层二硫化钼能带影响的第一性原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法,研究了双轴拉应变下单层二硫化钼晶体的电子结构性质．本文的计算结果表明对单层二硫化钼晶体施加一个很小的应变（0．5％）时,其能带结构由直接带隙转变为间接带隙．随着应变的增加,能带仍然保持间接带隙的特征,且禁带宽度呈现线性下降的趋势．通过对单层二硫化钼晶体态密度和投影电荷密度的进一步分析,揭示了单层二硫化钼晶体能带变化的原因．     

基于第一性原理计算Rh含量对Ir-Rh合金力学性能的影响

采用密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,基于虚拟晶体势函数近似,通过计算Ir-xRh(x=0,5,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100)合金的弹性常数、体积模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比等力学常数、电荷密度和能态密度,研究Rh含量对Ir-Rh合金力学性能的影响通过实验对计算结果加以验证,证明将虚晶近似法运用在Ir-Rh合金力学性能的计算中是合理的研究结果表明,Ir-Rh合金的强度和硬度随Rh含量的升高迅速增大,在Ir-10 Rh处达到最大值后快速下降到Ir-40 Rh处后先缓慢上升再缓慢下降.Rh的添加会引起材料脆化,其脆性大小随着Rh含量的升高先增大后减小,在Ir-50 Rh处达到最大值.另外,计算了纯Ir,Ir-10 Rh,Ir-50 Rh,纯Rh的电荷密度、Ir和Rh的差分电荷密度以及能态密度,结果表明在铱铑合金中存在一种"伪共价键",从而导致其力学性质的异常.     

Cr含量对Ti-Nb-Cr合金抗腐蚀性影响的电子结构计算

许多实验报道中表明合金化元素Cr能够提高Ti基合金的抗腐蚀性.为了解Cr元素含量对Ti-Cr-Nb合金的影响,本文计算了不同Cr含量的Ti-Cr-Nb合金的内聚能、形成能、费米能级和态密度等参数.分析了Cr含量对合金的电子结构稳定性以及腐蚀性能的影响.结果表明:随着Cr含量的增加,体系内聚能升高,形成能增加,体系稳定性略有下降,且材料形成条件变得苛刻;费米能级明显降低,体系不易失去电子,抗腐蚀性能增强;体系金属键增强,失电子能力降低,抗腐蚀性能提高;态密度与差分电荷密度研究表明, Cr含量的增加使得体系金属键增强,表明体系抗腐蚀性的提高.从费米能级和态密度图中发现,当Cr含量约为18.75 at.%时,合金的耐腐蚀性最优.     

AlSb掺Mn、Fe的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势(PWPP)方法,对Mn、Fe掺杂前后AlSb的超晶胞体系进行了几何结构优化.模拟计算了Mn、Fe掺杂对AlSb的电子结构和光学性质的影响,分析了掺杂前后的能带结构、电子态密度分布、电荷布局分布、介电常数和光吸收系数的变化.计算结果表明:在Mn,Fe单掺杂AlSb体系中,由于空穴密度的增加,禁带宽度减小,材料表现出半金属行为,且在可见光区电子跃迁明显增强.     

Theoretical investigation on electronic structure and mechanical properties of cubic crystallographic structures with point defects in Al-based alloys

Electronic structure and mechanical properties of cubic crystallographic structures with point defects in Al-based alloys are investigated using the first-principles calculations. Equilibrium structural parameters and mechanical parameters such as bulk modulus, shear modulus, Young's modulus, Poisson's ratio and anisotropy are calculated and agreed well with experimental values. Effects of point defects on the electronic structures and mechanical properties of such cubic phases are further analyzed and discussed in view of the charge density and the density of states.     

Mechanical and chemical bonding properties of ground state BeH<Subscript>2</Subscript>

The crystal structure, mechanical properties and electronic structure of ground state BeH₂ are calculated employing the first-principles methods based on the density functional theory. Our calculated structural parameters at equilibrium volume are well consistent with experimental results. Elastic constants, which well obey the mechanical stability criteria, are firstly theoretically acquired. The bulk modulus B, Shear modulus G, Young's modulus E, and Poisson's ratio υ are deduced from the elastic constants. The bonding nature in BeH₂ is fully interpreted by combining characteristics in band structure, density of states, and charge distribution. The ionicity in the Be-H bond is mainly featured by charge transfer from Be 2s to H 1s atomic orbitals while its covalency is dominated by the hybridization of H 1s and Be 2p states. The Bader analysis of BeH₂ and MgH₂ are performed to describe the ionic/covalent character quantitatively and we find that about 1.61 (1.6) electrons transfer from each Be (Mg) atom to H atoms.     

VC的力学性能及电子结构的第一原理研究

为了解VC的本征特性，本文采用第一原理计算的方法对VC晶体的力学性能和电子结构进行了研究。本文利用三种特殊应变计算了VC的弹性常数，推导出其力学常量及断裂强度；并根据电荷密度图、能带图和态密度图对VC的基本键合情况进行了研究。本研究表明VC具有高的弹性模量，延展性与TiC类似，刚度及断裂强度也较高；VC中的化学键可以归为共价键为主，兼有金属性、离子性的混合键。     

VC的力学性能及电子结构的第一原理研究

为了解VC的本征特性,本文采用第一原理计算的方法对VC晶体的力学性能和电子结构进行了研究。本文利用三种特殊应变计算了VC的弹性常数,推导出其力学常量及断裂强度;并根据电荷密度图、能带图和态密度图对VC的基本键合情况进行了研究。本研究表明VC具有高的弹性模量,延展性与TiC类似,刚度及断裂强度也较高;VC中的化学键可以归为共价键为主,兼有金属性、离子性的混合键。     

The stabilities, electronic structures and elastic properties of Rb-As systems

The structural, electronic and elastic properties of Rb–As systems (RbAs in NaP, LiAs and AuCu structures, RbAs2 in the MgCu2 structure, Rb3 As in Na3As, Cu3 P and Li3Bi structures, and Rb5 As4 in the A5B4 structure) are investigated with the generalized gradient approximation in the frame of density functional theory. The lattice parameters, cohesive energies, formation energies, bulk moduli and the first derivatives of the bulk moduli (to fit Murnaghan’s equation of state) of the considered structures are calculated and reasonable agreement is obtained. In addition, the phase transition pressures are also predicted. The electronic band structures, the partial densities of states corresponding to the band structures and the charge density distributions are presented and analysed. The second-order elastic constants based on the stress-strain method and other related quantities such as Young’s modulus, the shear modulus, Poisson’s ratio, sound velocities, the Debye temperature and shear anisotropy factors are also estimated.     

Hg掺杂CdTe所致禁带宽度变窄的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了闪锌矿CdTe及不同量Hg掺杂HgxCd1-xTe的电子结构,给出了相应的的能带结构、态密度、差分电荷分布及光吸收谱。计算结果表明,随着Hg掺杂含量的增加,体系禁带宽度逐渐变窄,并给出了禁带宽度变窄的微观机理。     

(Cu,N)共掺杂TiO2/MoS2异质结的电子和光学性能:杂化泛函HSE06

在密度泛函理论的基础上,系统地研究了Cu/N（共）掺杂的TiO₂/MoS₂异质结体系的几何结构、电子结构和光学性质.计算发现,TiO₂/MoS₂异质结的带隙相比于纯的TiO₂（101）表面明显变小,Cu/N（共）掺杂TiO₂/MoS₂异质结体系的禁带宽度也明显地减小,这导致光子激发能量的降低和光吸收能力的提高.通过计算Cu/N（共）掺杂TiO₂/MoS₂的差分电荷密度,发现光生电子与空穴积累在掺杂后的TiO₂（101）表面和单层MoS₂之间,这表明掺杂杂质体系可以有效地抑制光生电子-空穴对的复合.此外,我们计算了在不同压力下TiO₂/MoS₂异质结的几何、电子和光学性质,发现适当增加压力可以有效提高异质结的光吸收性能.本文结果表明,Cu/N（共）掺杂TiO₂/MoS₂异质结和对TiO₂/MoS₂异质结加压都能有效地提高材料的光学性能.     

立方KCaF_3电子、弹性和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论和赝势平面波近似法计算研究了立方钙钛矿KCaF_3的弹性、电子和光学性质.基态时,KCaF_3平衡晶格常数、体积弹性模量和实验及其他计算值一致.根据Hooke定律和Christoffel方程,研究了KCaF_3弹性常数Cij、体积弹性模量B、各向同性波速和弹性各向性异性因子随压力的变化关系.从电子能带理论出发,计算得到了KCaF_3电子能带、态密度和Milliken电荷布居数,并对其电子性质进行了详细分析.结果显示:立方钙钛矿KCaF_3为直接带隙绝缘体材料,其禁带宽度为6.22 e V;电荷主要从Ca和K原子向F原子转移;立方钙钛矿KCaF_3属于纯粹的共价型化合物.同时,本文还计算研究了KCaF_3的光学介电函数、吸收系数、复折射率、能量损失谱和反射系数等光学性质.     

爆炸压实制取W-Cu纳米复合材料的实验研究

采用机械合金化法制备了W-Cu合金粉末。将制备出的W-Cu合金粉末置于爆炸压制成型的装置中进行爆炸压实,得到了最高致密度达98%的W-Cu合金。利用X射线衍射(XRD)分析了W-Cu混合粉末的合金化过程,研究了W-Cu合金粉末的还原温度对压实坯致密度的影响。通过电子探针微量分析仪(EPMA)观察了样品内部的成分与元素分布,利用扫描电子显微镜(SEM)对样品断口形貌进行了观察,并对样品的维氏硬度和电导率进行了测量。结果表明,W-Cu合金化粉末在爆炸冲击波作用下能够结合成高致密体,复合材料具有高硬度、组织均匀、晶粒细小的特点。     

立方KCaF3电子、弹性和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论和赝势平面波近似法计算研究了立方钙钛矿KCaF3的弹性、电子和光学性质。基态时,KCaF3平衡晶格常数、体积弹性模量和其他计实验和算值一致。根据Hooke定律和Christoffel方程,研究了KCaF3弹性常数Cij、体积弹性模量B、各向同性波速和弹性各向性异性因子随压力的变化关系。从电子能带理论出发,计算得到了KCaF3电子能带、态密度和Milliken电荷布居数,并对其电子性质进行了详细分析。结果显示：立方钙钛矿KCaF3为直接带隙绝缘体材料,其禁带宽度为6.22eV;电荷主要从Ca和K原子向F原子转移;立方钙钛矿KCaF3属于纯粹的共价型化合物。同时,本文还计算研究了KCaF3的光学介电函数、吸收系数、复折射率、能量损失谱和反射系数等光学性质。