铝的嵌入原子模型参数和性能计算

运用普适的嵌入原子理论 (GEAM)计算了FCC结构金属铝的嵌入原子模型参数 ,并用该模型计算了铝的单空位形成能、双空位结合能、表面能、结构稳定性、弹性常数和声子谱等性质。计算结果与已有的实验结果相符     

Ni-X-In(X=Mn,Fe和Co)合金的缺陷稳定性和磁性能的第一性原理研究

Ni-Mn-In是一种新型的磁控形状记忆合金, 它通过磁场诱导逆马氏体相变实现形状记忆效应. 实验中常围绕化学计量比Ni₂MnIn合金进行成分调整, 以获得适宜的马氏体相变温度与居里温度, 在这个过程中必然会产生多种点缺陷. 本文使用量子力学计算软件包VASP, 在密度泛函理论的框架下通过第一原理计算, 系统地研究了非化学计量比Ni-X-In(X=Mn, Fe 和Co)合金的缺陷形成能和磁性能. 反位缺陷中, In和Ni在X亚晶格的反位缺陷(In_X和Ni_X)的形成能最低, Ni和X反位于Y的亚晶格(Ni_Y和X_Y)得到较高的形成能. 因此, In原子可以稳定立方母相的结构, 而X原子对母相结构稳定性的影响则相反; 空位缺陷中最高的形成能出现在In空位缺陷, 再次肯定了In原子对稳定母相结构的作用. 此外, 详细研究了点缺陷周围原子的磁性能以及电荷分布. 本文的计算结果在指导实验中的成分设计和开发新型磁控形状记忆合金方面具有重要意义.     

金属铁中空位团簇演化行为的相场研究

构建了一个定量化的相场模型, 用于研究金属铁(Fe)中空位团簇的演化行为. 基于理想气体自由能函数构造了体系的总能量, 并给出了将相场模型中的计算参数与实验数据相结合的方法. 此相场模型能够定量描述空位团簇在金属Fe中生长和粗化的过程以及晶界对于空位团簇演化过程的影响. 这些结果为进一步研究金属Fe中氢/氦等杂质原子与空位之间的相互作用及其演化行为提供了途径. 关键词： 铁 空位团簇 演化 相场方法     

碳吸附于Fe（100）表面的第一性原理研究

本文采用自旋极化密度泛函理论计算了清洁Fe（100）表面及C吸附于Fe（100）表面三种结构: p(2×2)、c(2×2)及p(2×1)。清洁Fe(001)表面只有弛豫,没有重构。吸附C原子的Fe表面体系,最稳定位置为四重空位,空位吸附的C原子实际上与Fe成五重键,这与实验相符。通过对c(2×2)表面结构的电子态密度计算,发现C原子的s、p态与表面Fe原子的d、p及s态都有不同程度的相互作用,成键的主要作用为C2p态与Fe3dx2-y2、3dxy 态的杂化。     

Fe-Cr-Ni合金中点缺陷形成及相互作用的第一性原理研究

奥氏体不锈钢由于具有良好的力学性能和耐腐蚀性，被广泛应用于核电工业。奥氏体不锈钢受辐照会产生多种点缺陷，进而影响材料力学性能。为了研究304NG奥氏体不锈钢中点缺陷的产生机理，以面心立方Fe-Cr-Ni合金为模型，利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了多种点缺陷结构的晶格常数，形成能，结合能，扩散迁移及相互作用，并计算了γ-Fe中相应的的性质作为对照.研究结果表明：Fe空位和Fe-Fe <100>哑铃是Fe-Cr-Ni合金中容易形成的点缺陷.基于对这两种点缺陷的迁移能垒分析，发现Fe-Fe <100>哑铃要比空位更易迁移.在Fe-Cr-Ni合金中相邻Fe空位存在吸引作用，会促进孔洞的形成；Fe空位-Fe-Fe <100>哑铃及Fe空位-Fe-Cr <100>哑铃均存在较弱的排斥作用，此外，在第一近邻位置和第二近邻位置的八面体间隙Fe原子都会和空位结合，使体系恢复为完整晶胞.     

LiAl中空位形成能的第一原理计算

LiAl是一种非常典型和有重要用途的金属间化合物.采用平面波展开和第一原理赝势法，计算了LiAl化合物中Li空位和Al空位的形成能和空位周围的原子弛豫，讨论了空位形成时电荷密度的重新分布、相应的电子态密度以及能带结构等性质. 关键词： LiAl 空位形成能 第一原理计算     

替位杂质对贵金属(111)表面稳定性影响的分子动力学研究

采用嵌入原子方法的原子间相互作用势，通过分子动力学方法研究了过渡族金属Cu，Ag，Au，Ni，Pd，Pt(111)表面的相互替位掺杂对表面稳定性的影响，计算了替位掺杂体系的表面能与表面空位形成能，探讨了影响表面稳定性的因素及其变化规律. 计算表明：替位杂质对表面能变化的影响主要是替位杂质的凝聚能和原子半径，而影响空位形成能变化的原因除凝聚能和原子半径外，合金溶解热具有重要的作用. 此外，通过替位杂质导致的体系表面能变化对合金体系的偏析行为进行了预测，理论预测与实验结果符合很好. 关键词： 替位杂质 贵金属 表面能 表面空位形成能     

KDP晶体本征中性点缺陷的第一性研究

 用第一性原理研究了KH2PO4(KDP)晶体中性本征点缺陷的形成能并计算了常温下点缺陷的浓度。计算得到中性填隙氢原子的形成能为2.05 eV，进而得到298 K下的浓度约为1.21×10^-17 mol/L。由于填隙氢原子在带隙中形成缺陷能级，并使能隙降低了2.6 eV, 因此消除填隙氢原子有利于提高晶体在355 nm附近的激光损伤阈值。计算得到的氧间隙、氧空位、钾空位和氢空位的形成能分别为0.60、5.25、6.50 和6.58 eV，常温下它们在晶体中也以较高的浓度存在。钾空位使晶胞体积增大约3.2%，并可能提高晶体电导率，从而降低光损伤阈值。P取代K的反位结构缺陷形成能尽管较低(4.1 eV), 但由于晶体生长溶液中P是以PO4四面体的形式存在，故此点缺陷的存在几率很小。     

NO在稀有金属钇表面的吸附行为

以往的理论在预测六方结构(HCP)金属的表面能时，计算值与实验值存在较大误差.鉴于此，本文首先用一种较为合理的方法精准地预测了稀有金属钇(Y)(0001)面的表面能，计算值(1.141 J/M²)与实验值(1.125 J/M²)吻合的很好.随后，系统研究了NO小分子在Y(0001)面不同位置(空位、桥位和端位)的吸附行为.结果表明:空位(H1)表现出了良好的吸附能力，吸附能超过了5eV，同时N-O键长伸长量超过了24%，此时，NO分子几乎平行地吸附于Y(0001)表面.所有的吸附位置的N-O分子伸长量范围为0.2?-0.42?.这种伸长量明显超过了NO在其它金属表面时的计算结果.     

掺杂半导体β-FeSi2电子结构及几何结构第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论全势线性缀加平面波法,使用广义梯度近似处理交换相关势能,首先计算了β-FeSi2的电子结构及其各元素各亚层电子的能态密度,β-FeSi2的电子能态密度主要由Fe的d层电子和Si的p层电子的能态密度确定;其次通过计算不同掺杂系统的总能量确定了掺杂原子在β-FeSi2中的置换位置,在β-FeSi2中,Co置换FeⅡ位置的Fe原子,Al置换SiⅠ位置的Si原子,这种择位置换与现有的计算结果完全一致;最后计算了Fe1-xCoxSi2和Fe(Si1-xAlx)2的电子结构,对它们的电子结构特征进行了分析,并探讨了电子结构对其热电性能(塞贝克系数、电传输及热传输性能)的影响.     

面向燃料电池双极板的不锈钢表相掺杂耐蚀性高通量计算与分析

通过基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理高通量计算,筛选了可以提高不锈钢双极板钝化层在PEMFCs工作环境中的耐蚀性的掺杂元素.基于Cr₂O₃的■切面构建计算模型,对其进行了48种元素的掺杂替换,考虑228种掺杂构型．根据掺杂结构和位移能量、掺杂元素被分为4类,并采用不同的吸附、空位计算方案．根据不同掺杂类型采用不同的吸附、空位计算方案,计算了每种掺杂元素对功函数、F的吸附能和Cr/O的空位形成能的影响.计算结果显示,C、N、In、Ru对于不锈钢钝化层的各项耐蚀性参数提升效果较好;Au、Rh、Pt、Ir、Co、Ni也能较好地提升耐蚀性,但是存在成本高或者危害质子膜的问题;Ag、Cu、Sn、Ge可以抑制空位形成和F吸附,但会造成功函数下降;Zn可以提高功函数并抑制F吸附.此外,对于电子态密度的计算表明,掺杂原子与Cr原子形成的稳定键合是耐蚀性参数提升的重要因素.     

LiF中空位形成能的第一性原理计算

采用平面波展开和基于密度泛函理论框架下的第一性原理赝势法,计算了102GPa下LiF化合物中Li空位和F空位的形成能及空间周围的原子弛豫,讨论了空位形成时电荷密度的重新分布,相应的电子态密度以及能带结构等性质.结果表明:LiF晶体中F空位的形成能比大于Li空位的形成能;F空位对LiF晶体的电子结构等性质的影响要比Li空位的大.     

LiF中空位形成能的第一性原理计算

采用平面波展开和基于密度泛函理论框架下的第一性原理赝势法,计算了102GPa下LiF化合物中Li空位和F空位的形成能及空间周围的原子弛豫,讨论了空位形成时电荷密度的重新分布,相应的电子态密度以及能带结构等性质.结果表明:LiF晶体中F空位的形成能比大于Li空位的形成能;F空位对LiF晶体的电子结构等性质的影响要比Li空位的大.     

六方AlN本征缺陷的第一性原理研究

用基于密度泛函理论平面波赝势法首先对六方AlN本征点缺陷(氮空位、铝空位、氮替代铝、铝替代氮、氮间隙、铝间隙)存在时的晶格结构进行优化，得到其稳定结构；然后通过各缺陷形成能的计算可得知其在生长过程中形成的难易程度；最后从态密度的角度对各种本征点缺陷引起的缺陷能级及电子占据情况进行了分析.发现除氮空位外其他本征缺陷在带隙中形成的能级都很深，要得到n型或p型AlN必须要引入外来杂质.计算得到的本征缺陷能级对于分析AlN的一些非带边辐射机理有重要帮助. 关键词： 六方AlN 形成能 缺陷能级 态密度     

空位的第一性原理及经验势函数的对比研究

利用第一性原理及Stillinger-Weber（SW）,EDIP和Tersoff经验势函数对比研究了硅中单空位(V₁)、双空位(V₂)和六边形空位环(V₆)的结构特性及形成能.讨论了经验势函数描述空位时的优点和缺点.结果发现,第一性原理方法可以精确描述空位的原子结构及能量特性,而短程有效的经验势函数无法描述空位所固有的量子效应,如Jahn-Teller变形等.另外,由于经验势函数自身的缺陷,EDIP和T3无法应用于空位结构特性的计算.虽然 关键词： 空位 第一性原理 经验势函数     

MoSi_2(001)表面的氧吸附行为

运用第一原理密度泛函理论方法,首先计算了MoSi_2各清洁表面的表面能,(001)Si-|-Si断面具有较低的表面能,是MoSi_2最可能的解理面;通过生成能及键布居分析研究了单氧原子、双氧原子及氧分子在(001)Si-|-Si断面的吸附行为,发现单氧原子在空位处吸附最稳定,此时O极易与Si结合,得到的Si-O-Si键长及键角与SiO_2的非常接近,表明低浓度下O极易与表面的Si结合生成SiO_2;双氧原子发生空位+顶位吸附时O原子除与Si有强作用外,可与Mo有一定相互作用;氧分子以平行的方式接近空位最有利于吸附,此时氧分子最易分解为氧原子,发生氧原子在空位的吸附.     

铝中空位形成能计算时的原胞尺寸等参数效应

使用第一原理赝势法计算简单金属铝中空位的形成能，详细讨论空位形成能的理论计算值与所用超原胞大小、k点数等参数的关系.结果显示，使用第一原理的超原胞方法计算单个空位的形成能时，超原胞的大小应取到百余个原子.用108个原子的超原胞进行计算时，所得结果与实验值符合很好. 关键词：     

铁铜双核羰基簇合物结构的理论研究

采用密度泛函理论BPW91方法在6-311+G(d)基组水平上, 对FeCu团簇吸附CO过程中可能的几何结构和电子态进行了系统研究. 计算结果表明: FeCu双原子团簇饱和吸附CO分子数是7, 配位过程均为放热反应, 吸附能最大的结构是FeCu(CO)1. 金属原子满足18电子规则,对CO的吸附位置起主要决定作用, 即CO配位由于遵循18电子规律, 即Fe原子上形成Fe(CO)4Cu 之后CO与Cu原子发生配位形成Fe(CO)4Cu(CO)3. 各配合物中 Fe电荷密度最大的结构是Fe(CO)4Cu(CO)1, Cu电荷密度最大的结构Fe(CO)4Cu(CO)3.     

锐钛矿型TiO2(101)面本征点缺陷的理论研究

采用平面波超软赝势方法计算了锐钛矿型TiO2(101)面存在本征空位和间隙点缺陷的几何结构以及缺陷形成能.首先分析了点缺陷对表面结构的影响,发现不同类型缺陷导致缺陷周围原子有不同的位移趋势:O空位的产生导致空位周围的Ti原子向空位外移动,Ti1.和Ti2空位的产生均使OI自发地与周围的O原子团聚,OI原子易被周围的氧原子吸附而成键,而Ti2缺陷几乎对晶格结构没有产生影响.对TiO2(101)面上可能出现的几种点缺陷的形成能进行了计算,结果表明:在还原性气氛下,虽然Tii2和VOI缺陷均容易出现,但Tii2缺陷的形成能比VOI缺陷更低;而在氧化性气氛下,表面的OI和VTil缺陷较容易出现.最后,为了比较各种缺陷结构的稳定性,还计算了几种典型表面缺陷的形成焓.     

过渡金属元素X(X=Mn,Fe,Co,Ni)掺杂对ZnO基阻变存储器性能的影响

实验表明掺杂是一种改善阻变存储器性能的有效手段,但其物理机理鲜有研究.本文采用第一性原理方法系统研究了过渡金属元素X(X=Mn,Fe,Co,Ni)掺杂对ZnO基阻变存储器中氧空位迁移势垒和形成能的影响.计算结果表明Ni掺杂可同时有效降低+1和+2价氧空位在掺杂原子附近的迁移势垒,X掺杂均减小了氧空位的形成能,特别是掺杂Ni时氧空位的形成能减小最为显著(比未掺杂时减少了64%).基于该结果制备了未掺杂和Ni掺杂ZnO阻变存储器,研究表明通过掺杂控制体系中氧空位的迁移势垒和形成能,可以有效改善器件的初始化过程、操作电压、保持性等阻变性能.研究结果有助于理解探究影响阻变的微观机制,并可为掺杂提高阻变存储器性能提供一定的理论指导.