高压下TiC的弹性、电子结构及热力学性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法 并结合准谐徳拜模型研究了NaCl结构的TiC在高压下的弹性性质、电子结构和热力学性质. 计算所得零温零压下的晶格常数、体弹模量及弹性常数与实验值符合得很好. 零温下弹性常数和弹性模量随压强增大而增大. 通过态密度和电荷密度的分析, Ti-C键随压强增大而增强. 运用准谐德拜模型, 成功计算了TiC在高温高压下的体弹模量、熵、热膨胀系数、徳拜温度、 Grüneisen参数和比热容. 结果表明压强对体弹模量、热膨胀系数和徳拜温度的影响大于温度对其的影响. 热容随着压强升高而减小, 在高温高压下, 热容接近Dulong-Petit极限.     

高压下新型双“A”层MAX相V_2Ga_2C的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论的第一性原理,研究了压强对双"A"层MAX相V_2Ga_2C晶体结构、弹性和电子性质的影响,并利用玻恩稳定准则预测了V_2Ga_2C力学稳定状态下的压强范围。计算结果表明:在0～70GPa下,V_2Ga_2C的晶体结构处于力学稳定状态;随着压强的增大,V_2Ga_2C的晶格常数和体积均有不同程度的缩小,a轴随压强的增大收缩得最快,晶胞体积收缩了24%左右;随着压强的增加,V_2Ga_2C材料的维氏硬度从0 GPa压强下的18.23 GPa减小为70 GPa压强下的2.30 GPa,在20.15 GPa时从脆性材料转变为韧性材料;V_2Ga_2C的态密度和能带结构等电子性质随压强的变化较小,即压强对V_2Ga_2C的电子性质影响不大。     

高压下硫化钙的弹性和热力学性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法结合准谐德拜模型研究NaCl结构的CaS在高压下的弹性和热力学性质.计算得到的零温零压下的晶格常数、体弹模量与实验值符合得很好.弹性常数和弹性模量随着压强的增大而增大.压强对体弹模量和热膨胀系数的影响大于温度的影响.热容随压强的升高而降低,在高温下热容接近于Dulong-Petit极限.通过求解Gibbs自由能计算得到B1结构和B2结构CaS的相变压为36.61 GPa.     

高压下Py-FeO2、Py-FeOOH和ε-FeOOH晶体结构与弹性特征的第一性原理研究

Py-FeO₂、Py-FeOOH和ε-FeOOH是地幔及核幔边界的重要成分,其在高温高压下的物性演化特征对了解地幔物质组成和结构及动力学过程有重要意义,为此利用第一性原理方法计算了0~350 GPa条件下Py-FeO₂和Py-FeOOH以及0~170 GPa条件下ε-FeOOH的晶体结构与弹性性质。Py-FeO₂和Py-FeOOH的晶格常数随压强的增加呈逐渐减小趋势,而ε-FeOOH的晶格常数随压强增加而减小,其中c轴更容易被压缩。Py-FeO₂、Py-FeOOH和ε-FeOOH的晶胞密度随压强增加而增大,按照密度由大到小依次为Py-FeO₂、Py-FeOOH、ε-FeOOH。3相的体积模量随压强的增加线性增加,Py-FeO₂和Py-FeOOH的剪切模量随压强的增加线性增加。对比体积模量可知,Py-FeO₂的体积模量最高,Py-FeOOH和ε-FeOOH的体积模量在高压下几乎一致;而Py-FeO₂的剪切模量最大,ε-FeOOH的剪切模量最小。Py-FeO₂、Py-FeOOH和ε-FeOOH的压缩波速随压强的增加而增加,Py-FeO₂的剪切波速随压强的增加而增加。Py-FeOOH的剪切波速在0~2000 km深度范围内随深度增加而减小,在2000~6000 km深度范围内变化较小(在5.8~6.0 km/s之间);ε-FeOOH的剪切波速在33 GPa(约900 km深度)发生突变。3相中ε-FeOOH的波速最低,而Py-FeO₂的波速最高。综合计算结果表明,Py-FeO₂和Py-FeOOH具有高密度、低波速的特点,与地幔超低速区的性质一致。Py-FeO₂和Py-FeOOH在形成之后可能富集下沉到核幔边界,成为超低速区的来源。ε-FeOOH在超过33 GPa压强条件下发生的氢键对称化给ε-FeOOH的结构带来显著变化,同时氢键对称化会影响原子间相互作用,进而影响ε-FeOOH的弹性性质以及地震波速。     

第一性原理研究Mg2 Si同质异相体的结构、电子结构和弹性性质

在第一性原理框架下,采用赝势平面波方法研究了三种Mg₂Si同质异相体的晶胞结构、电子结构和弹性性质随压强的变化关系.研究发现,反萤石结构Mg₂Si、反氯铅矿结构Mg₂Si和Ni₂In型Mg₂Si分别在压强为0-7 GPa,7.5-20.2 GPa和21.9-40 GPa范围内能够保持结构稳定.计算获得了不同压强下Mg₂Si的弹性常数、体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比和各向异 关键词： 态密度 电子结构 弹性常数 第一性原理     

压强下TaB和TaB2力学和超导性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法, 在广义梯度近似下研究了TaB和TaB2在不同压强下的弹性常数、原子结构、电子结构以及超导性质及其对两者物理性质不同进行了比较. 计算结果表明随着压强的增加, 弹性常数和体弹模量随之增加, 而相对晶格常数a/a0, b/b0, c/c0和相对体积V/V0随压强增加而减小. 在高压下, TaB沿着a轴方向的压缩性要比b轴方向大, 而b轴方向的压缩性要比c轴方向大; TaB2是沿着c轴方向的压缩性要比a轴方向的压缩性大. 电子结构分析表明TaB2的原子态杂化程度比TaB的原子态杂化程度要高, 这与TaB2的体弹模量比TaB的体弹模量高的结果相一致. 依据Bardeen-Cooper-Schrieffer超导理论, TaB和TaB2费米能级处态密度的值随着压强的增加而降低, 说明它们的超导转变温度Tc随着压强的增加而降低.     

ZrV2结构、弹性和热力学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法研究ZrV₂的晶体结构和弹性,利用准谐Debye模型计算在不同温度(T=0~1200 K)和不同压强(P=0~20 GPa)下ZrV₂的热力学性质,包括弹性模量与压强,热熔与温度,以及热膨胀系数与温度和压力的关系.结果表明:计算的ZrV₂晶格常数与实验值符合较好,晶体材料的弹性常数随着压力增加而增加;在一定温度下,相对体积、热熔随着压强的增加而减小,德拜温度、弹性模量随着压强的增加而增加,且高压下温度对ZrV₂热膨胀系数的影响小于压强的影响.     

SrS相变和弹性性质的第一原理计算

利用平面波赝势密度泛函方法和准谐德拜模型研究了SrS从NaCl结构到CsCl结构的相变以及弹性性质.在零温下,我们计算的相变压强为17.9 GPa,这与实验值和其他作者的计算值符合很好.研究还表明:相变压强随温度增加而非线性地增加,然而力学不稳性的压强随温度增加而线性地增加.     

ZrH_2结构与热力学性质

基于密度泛函理论,采用全势线性缀加平面波加局域轨道方法和广义梯度近似研究了ZrH2的结构与弹性性质。结果表明:在基态条件下,ZrH2的晶格常数计算值与实验值及其它理论值相当吻合。在考虑声子作用的前提下,采用准谐德拜模型成功获得了不同条件下(0~50 GPa,0~1 300 K)ZrH2的热容、热膨胀系数和德拜温度等热力学性质。结果表明:定压热容预测值随温度升高而增大,并逐渐接近佩蒂特-杜隆极限;随压强增加,德拜温度呈增加趋势;随温度增加,德拜温度呈减小趋势;在压强一定的条件下,热膨胀系数随温度的升高而增大,且在高温高压条件下,热膨胀系数的增加趋势变缓。     

高压下ErNi2B2C弹性性质、电子结构和热力学性质的第一性原理研究

采用密度泛函理论中的赝势平面波方法研究了高压下超导材料 ErNi₂B₂C 的弹性性质、电子结构和热力学性质.分析表明, 弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量和弹性各向异性因子的外压力效应明显. 电子态密度(DOS)的计算结果显示, 在费米能级(E_F)处的 DOS 峰随外界压强的增大显著降低, 由于 ErNi₂B₂C 相对较高的超导温度(T_c)起因于E_F处的 DOS 峰, 因此推测压强增大可能会降低 ErNi₂B₂C 的 T_c.类似的现象在超导材料 MgB₂和 SrAlSi 中已被发现.此外, 基于准谐德拜模型, 对 ErNi₂B₂C 在高温高压下的热力学性质的研究表明, 在一定范围内, 温度和压强将对其热膨胀系数和热容产生明显的影响. 关键词： 高压 弹性性质 电子结构 热力学性质     

IrB和IrB_2力学性质的第一性原理计算

采用平面波赝势密度泛函理论对0—100 GPa静水压下P1-IrB(空间群Pnma)和P5-IrB2(空间群Pmmn)结构的平衡态晶格常数、弹性常数等性质进行了研究.研究结果表明,P1-IrB不可压缩性随着压强的增加而增强;P5-IrB2结构在0—100 GPa范围内弹性常数、体弹模量、剪切模量均呈现出有规律的变化,当所加压强为50 GPa时,杨氏模量和在b方向的晶格常数发生异常变化.对零压下P1-IrB和P5-IrB2的电子结构的研究发现,二者均没有一个明显的带隙,主要原因为Ir原子和B原子间的共价作用.从P1-IrB和P5-IrB2的能带结构和态密度图可以发现这两种结构均有金属性.     

密度泛函理论研究高温高压下UO2弹性与热力学性能

采用第一性原理与准谐德拜模型研究UO2在高温高压条件下的弹性与热力学性能。UO2在高温高压下仍属离子型晶体,并且弹性性能计算表明,四角方向剪切常数在高温与高压下均保持稳定。高温下弹性常数C44没有明显变化,而高压下C44迅速增大。体积模量、剪切模量与杨氏模量均随压强增加而增大;高温条件下,体积模量、剪切模量与杨氏模量也未出现明显的降低,表明UO2在高温度高压下均可保持良好的力学性能。不同压强下,UO2定容热容均随温度迅速增大,并在1000 K 附近趋近于杜隆-佩蒂特极限。德拜温度则随温度降低,随压强升高。在低于室温条件下,热膨胀系数随温度急剧增加;温度继续增加,系数的增加趋势则逐渐变缓。计算结果还表明,UO2的热膨胀系数在相同条件下,远小于其他核材料。     

IrB和IrB$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;力学性质的第一性原理计算

采用平面波赝势密度泛函理论对0–100 GPa静水压下P₁ -IrB（空间群Pnma）和P₅ -IrB₂（空间群Pmmn）结构的平衡态晶格常数、弹性常数等性质进行了研究. 研究结果表明,P₁ -IrB不可压缩性随着压强的增加而增强;P₅ -IrB₂ 结构在0–100 GPa范围内弹性常数、体弹模量、剪切模量均呈现出有规律的变化,当所加压强为50 GPa时,杨氏模量和在b方向的晶格常数发生异常变化. 对零压下P₁ -IrB和P₅ -IrB₂ 的电子结构的研究发现,二者均没有一个明显的带隙,主要原因为Ir原子和B原子间的共价作用. 从P₁ -IrB和P₅ -IrB₂的能带结构和态密度图可以发现这两种结构均有金属性. 关键词： 1 -IrB')" href="#">P₁ -IrB 5-IrB₂')" href="#">P₅-IrB₂ 第一性原理 力学性质     

金红石→萤石TiO2相变的第一性原理计算

利用第一性原理平面波密度泛函理论并结合准谐德拜模型,对TiO₂从金红石结构到萤石结构的相变进行理论研究.依据焓相等原理,得到TiO₂从金红石结构到萤石结构的相变压强为45.32 GPa,并通过吉布斯能的计算发现相变压强随温度的增加而增加,运用拟合的方法估计实验条件下的相变压强(温度为1900-2100K时,P_t=47.604~47.756 GPa).运用等吉布斯能原理,得到零压下从金红石到萤石结构TiO₂的相变温度为2029 K.计算结果与实验及其他理论值相符,并通过准谐德拜模型成功获得相变前后的结构和热力学性质,如相对体积、热膨胀系数、热容和德拜温度等.     

Cu_3N弹性和热力学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理全势线性缀加平面波方法,研究了立方反ReO3结构Cu3N在零温(0K)零压下的平衡晶格常数、体弹模量及其对压强的一阶导数,计算结果与其他实验及理论结果基本相符.同时得出Cu3N的弹性常数,Poisson比等,并分析出Cu3N在零温零压下是稳定的.通过准谐Debye模型计算Cu3N的热力学性质,得到了Cu3N的晶格常数、等压比热容、等容比热容、热胀系数与温度和压强之间的关系,同时计算出不同温度不同压强下其体弹模量及Debye温度的值。     

氢化铒高温高压下的弹性及热力学性质

利用第一性原理平面波赝势密度泛函理论, 并结合准谐德拜模型, 计算了立方萤石结构ErH2在不同温度和压强下的体积、热膨胀系数、体弹模量和等体热容等弹性性质及热力学性质。在温度高于1 100 K的条件下,计算出的等体热容趋近于Dulong-Petit极限。得到了绝对零度、零压强下ErH2的该结构的晶格常数为0.523 2 nm,与实验值0.523 0 nm非常接近。由不同的原胞体积得出了该体系的单点能与原胞体积的关系的数据;从计算出的高压下的弹性常数,根据立方晶系的力学稳定性条件,推断出立方萤石结构ErH2的相变压力约为20 GPa。     

高压下闪锌矿InN光电性质的密度泛函研究

 采用密度泛函理论,计算了闪锌矿型InN在压力下的结构、力学性质和光学性质,结果显示,随着压强的增大晶格常数减小。给出了零压下C₁₁、C₁₂、B、C_s、C₄₄的值及至70 GPa压力下弹性常数随压强的变化关系。结果表明,C₁₁、C₁₂、B随压强增大而增大,C_s、C₄₄随压强增大而减小,计算结果与现有实验和理论结果符合较好。在价带区,InN的分态密度（PDOS）有两个带,且在费米面附近密度很小,显示其倾向于形成稳定结构并且导电性较差。对闪锌矿型InN在高压下的光学性质研究发现,导带电子向高能方向偏移,而价带电子向低能方向偏移,结果导致能带间隙增大,光吸收谱在压力的作用发生了“蓝移”。研究结果对认识高压下闪锌矿型InN的结构、电学及光学性质具有重要意义。     

过渡金属铝化物FeAl和CoAl弹性性质的第一性原理研究

本文通过第一性原理计算(密度泛函理论结合均匀形变方法)得到过渡金属铝化物FeAl和CoAl的二阶和三阶弹性常数,这些弹性常数是通过拟合计算出的能量与应力关系得到的。计算结果和理论数据及实验值符合的很好。接下来本文又研究了FeAl和CoAl在不同压强下的弹性性质。不同压强下的弹性常数Cij,体模量B,剪切模量G,泊松比σ 也成功的得到了。B/G比值和柯西压强 PC 都表明在零压下FeAl和CoAl表现出脆性。在压强小于60GPa的情况下,增大压强可以增强它们的韧性,但它们始终表现为脆性。     

氮化铂在高压下的相变及弹性性质的第一原理计算

用PBE形式下的广义梯度近似（GGA）赝势平面波方法研究了氮化铂的结构相变以及弹性性质,计算了氮化铂的氯化钠（B1）、氯化铯（B2）、闪锌矿（B3）、纤维矿（B4）等四种结构并应用高压下的焓与压强的关系,得出在常温常压下B4结构是最稳定的结构,这与Yu 等人得的结果一致,且 B4→B1及B1→B2的相变压强分别发生在36.7 GPa和 185.4 GPa,同时,研究了B4结构在高压的弹性性质,发现弹性常数、体模量、剪切模量、压缩波速、剪切波速以及德拜温度均随着压强的增大而单调增大     

氮化铂在高压下的相变及弹性性质的第一原理计算

用PBE形式下的广义梯度近似（GGA）赝势平面波方法研究了氮化铂的结构相变以及弹性性质，计算了氮化铂的氯化钠（B1）、氯化铯（B2）、闪锌矿（B3）、纤维矿（B4）等四种结构并应用高压下的焓与压强的关系，得出在常温常压下B4结构是最稳定的结构，这与Yu 等人得的结果一致，且 B4→B1及B1→B2的相变压强分别发生在36.7 GPa和 185.4 GPa，同时，研究了B4结构在高压的弹性性质，发现弹性常数、体模量、剪切模量、压缩波速、剪切波速以及德拜温度均随着压强的增大而单调增大