Ti_3AC_2相(A=Si,Sn,Al,Ge)电子结构、弹性性质的第一性原理研究

采用第一性原理的密度泛函理论平面波赝势法,通过广义梯度近似研究了Ti_3AC_2相(A=Si,Sn,Al,Ge)的相结构、能量、电子结构和弹性性质.首先对六方晶相结构的Ti_3AC_2(A=Si,Sn,Al,Ge)四个相进行几何优化,对其能带结构、总态密度、分态密度和电荷密度分布以及弹性性质进行研究,并计算各相的内聚能与形成能.计算结果表明:Ti_3GeC_2较其他三相稳定,Ti_3AlC_2的形成能最低,说明Ti_3AlC_2较Ti_3SiC_2,Ti_3SnC_2和Ti_3GeC_2更易生成;Ti_3AC_2(A=Si,Sn,Al,Ge)各相在费米能级处的电子态密度较高,材料表现出较强的金属性,同时各相的导电性为各向异性.Ti_3AC_2(A=Si,Sn,Al,Ge)各相的导电性主要由Ti的3d电子决定,A(A=Si,Sn,Al,Ge)的p态电子和C的2p态电子也有少量贡献.决定材料电学性质的主要是Ti的3d,A的P和C的2P态电子的P-d电子轨道杂化,而P-d电子轨道杂化成键则使材料具有比较稳定的结构;对Ti_3AC_2相(A=Si,Sn,Al,Ge)弹性性质的研究表明Ti_3AlC_2的原子间结合力较弱,而Ti_3GeC_2的原子间结合力相对较强,材料的强度较大.     

FeMnP_(1-x)T_x(T=Si,Ga,Ge)系列化合物机械性能的第一性原理研究

以密度泛函理论为基础,使用投影缀加波方法、VASP程序包研究了FeMnP_(1-x)T_x(T=Si,Ga,Ge)化合物的力学性质,结果表明FeMnP_(1-x)Ga_x化合物的晶格参数、弹性常数和电子结构与FeMnP_(1-x)Ge_x化合物比较接近,同时该化合物在力学上稳定,是预期具有较大的磁熵变和高磁热效应的材料.依据Pugh判据,FeMnP_(0.67)T_(0.33)(T=Si,Ga,Ge)化合物具有良好的延展性,三者之中FeMnP_(0.67)Ga_(0.33)韧性最好,FeMnP_(0.67)Si_(0.33)韧性相对较差,说明Ga替代P可改善此类化合物的机械性能.最后从化合物体系电子总态密度随不同掺杂T原子的演化规律解释了自洽计算得到的弹性常数的变化规律.     

第一性原理研究Co2MnSi和Co2MnGe半金属与磁性的稳定性

基于广义梯度近似密度泛函和全势能线性缀加平面波方法,对Co2MnSi和Co2MnGe在晶格常数发生变化的情况下进行电子结构和磁矩的自旋极化计算,得到了它们的自旋态密度分布以及总磁矩和各原子磁矩。计算结果的分析表明：（1）Co2MnSi 和Co2MnGe具有半金属性质;（2）晶格常数的改变分别为-5%~ 4%和-6%~1%时,Co2MnSi 和 Co2MnGe仍保持稳定的半金属质性;（3）Co2MnSi 和Co2MnGe的总磁矩为5.00µB/formula。总磁矩主要来源于Mn和Co的原子磁矩,Si和Ge的原子磁矩对总磁矩的贡献极小而且为负值。（4）Co2MnSi 和 Co2MnGe的晶格常数变化分别为-6% ~ 6%和-7%~ 4%时,虽然各原子磁矩都发生了变化,但是它们总磁矩稳定于5.00µB/formula.     

第一性原理研究Co2MnSi和Co2MnGe半金属与磁性的稳定性

基于广义梯度近似密度泛函和全势能线性缀加平面波方法,对Co2MnSi和Co2MnGe在晶格常数发生变化的情况下进行电子结构和磁矩的自旋极化计算,得到了它们的自旋态密度分布以及总磁矩和各原子磁矩。计算结果的分析表明：（1）Co2MnSi 和Co2MnGe具有半金属性质;（2）晶格常数的改变分别为-5%~ 4%和-6%~1%时,Co2MnSi 和 Co2MnGe仍保持稳定的半金属质性;（3）Co2MnSi 和Co2MnGe的总磁矩为5.00µB/formula。总磁矩主要来源于Mn和Co的原子磁矩,Si和Ge的原子磁矩对总磁矩的贡献极小而且为负值。（4）Co2MnSi 和 Co2MnGe的晶格常数变化分别为-6% ~ 6%和-7%~ 4%时,虽然各原子磁矩都发生了变化,但是它们总磁矩稳定于5.00µB/formula.     

磁无序及合金化效应影响Co2CrZ(Z=Ga,Si,Ge)合金相稳定性和弹性常数的第一性原理研究

采用确切的Muffin-Tin轨道结合相干势近似方法,本文系统计算研究了0 K下,磁无序及合金化效应影响Co₂CrZ(Z=Ga,Si,Ge)合金L2₁和DO₂₂相稳定性的规律性及物理机理.研究结果表明,0 K下,L2₁相合金晶格常数、体弹性模量、磁矩和弹性常数均与理论和实验值基本吻合;铁磁下合金具有L2₁结构,随磁无序度(y)的增大,L2₁相能量相对逐渐增大,最终由低于转变到高于D0₂₂相,因此,当y≥0.1(0.2)时,Z=Si和Ge(Z=Ga)的合金具有DO₂₂相稳定结构;随y的增大,L2₁相的四方剪切弹性模量(C’=(C₁₁-C₁₂)/2)还不断软化,表明无论在能量还是力学角度上,磁无序都有利于3种合金发生四方晶格变形;磁无序影响L2₁和D0₂₂相相对稳定性的电子结构机理归因于Jahn-Teller...     

CuHg_2Ti型Ti_2Cr基合金的电子结构、能隙起源和磁性研究

利用第一性原理计算方法,研究了CuHg2Ti结构下Ti2CrK(K=Sb,Ge,Sn,Sb,Bi)系列合金的电子结构、能隙起源和磁性.研究发现:Ti2CrK(K=Si,Ge)合金是普通半导体材料;Ti2CrK(K=Si,Bi)合金是亚铁磁性半金属材料,其半金属性能隙受到Sb和Bi原子s态的直接影响;Ti2CrSn合金是完全补偿的亚铁磁性半导体.基于Ti2CrSn合金两个自旋方向上的能隙起源不同,通过Si和Ge替换掺杂同族Sn元素调制能隙的宽度,获得了完全补偿亚铁磁性自旋无能隙材料;通过Fe和Mn替换掺杂过渡族Cr元素获得了一系列半金属材料.Ti2Cr1-xFexSn和Ti2Cr1-xMnxSn合金都具有亚铁磁性.所研究的这些半金属性合金的分子磁矩Mtotal与总的价电子数Zt服从Mtotal=Zt-18规则.     

Nd(Fe,Si)11Cx化合物的全电子计算(x=0,2)

采用基于第一原理的全势能线性缀加平面波加局域轨道((L)APW lo)方法对Nd(Fe,Si)11Cx化合物(x=0,2)的电子结构进行了计算,得到了化合物态密度和磁矩等信息.计算结果表明NdFe9Si2化合物中Si原子主要与4b和32i位Fe原子产生杂化,导致Fe原子磁矩减小.NdFe9Si2C2化合物C原子使32i位Fe原子磁矩进一步降低,同时减弱了Si原子的影响,使得4b位Fe原子磁矩增大.     

Si，Ge，Zr和Sn掺杂SrTiO3的电子结构和光催化性能第一性原理研究

使用QUANTUM ESPRESSO(QE)软件包实现的密度泛函理论研究了Si, Ge, Zr和Sn掺杂SrTiO₃的结构，电子结构和光催化性能.使用广义梯度近似(GGA)获得SrTiO₃的晶格常数与先前的实验数据非常一致.同时，获得了SrTi_0.875X_0.125O₃(X=Si, Ge, Zr, Sn)四种掺杂体系的晶格常数. SrTiO₃和SrTi_0.875X_0.125O₃(X=Si, Ge, Zr, Sn)四种掺杂的带隙值分别1.853 eV、1.849 eV、1.916 eV、1.895 eV和1.925 eV.在研究五种SrTiO₃体系的光催化性能时，采用剪刀算符对五种SrTiO₃体系的带隙值进行修正.计算本征SrTiO₃和SrTi_0.875X_0.125O₃     

Co_(2~-)基Heusler合金Co_2FeAl_(1–x)Si_x(x=0.25,x=0.5,x=0.75)的结构、电子结构及热电特性的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对Co_2FeAl_(1–x)Si_x(x=0.25, 0.5, 0.75)系列Heusler合金的电子结构、四方畸变、弹性常数,声子谱以及热电特性进行了计算研究.结果显示, Co_2FeAl_(1–x)Si_x系列合金的电子结构均为半金属特性,向下自旋态(半导体性)均呈现良好的热电特性,并且随着硅原子浓度的增加功率因子随之增加.计算的声子谱不存在虚频,均满足动力学稳定性条件,弹性常数均满足玻恩稳定性条件,机械稳定性均良好.随着晶格常数c/a的比值变化,体系的能量最低点均出现在c/a=1处,即结构稳定性不随畸变度c/a的变化而变化,说明不存在马氏体相变.此系列合金薄膜的电子结构呈现较高的自旋极化率,在替代浓度x=0.75时自旋极化率达到100%,且当x=0.75时薄膜在畸变度c/a=1.2时存在马氏体相变.随着晶格畸变度的改变,总磁矩也发生变化,且主要由Fe和Co两种过渡金属原子的磁矩变化所决定.     

Ⅳ族FCC晶体基态结构和电子性质第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,在广义梯度近似下,计算了Ⅳ族元素晶体的面心立方结构和电子性质.结果表明:Ⅳ族元素晶体的面心立方结构均可存在,面心立方结构Ge晶体的结合能最大,结构最稳定;面心立方结构C、Si、Ge和Sn的晶格常数分别为0.3509nm、0.4322nm、0.4225nm、0.4903nm,不随原子序数的增加而单调增加,是由面心立方锗晶体比面心立方硅晶体中电子云交叠小,产生的排斥较弱所导致的;面心立方结构C晶体是间接能隙为6.5e V的宽禁带半导体,面心立方结构Si晶体的导带和价带存在较小的交叠而呈现出半金属性,面心立方结构Ge和Sn的电子结构相似均表现为金属性,Ⅳ族元素面心立方结构晶体的电学性质由宽禁带半导体向金属转变.     

第一性原理计算M_2C (M=V,Nb, Ta)的结构、弹性和热力学性质（英文）

通过密度泛函理论的第一原理计算,研究了M_2C (M=V, Nb, Ta)(空间群:pbcn, No:60)在高压下的电子结构、弹性和热力学性质.该理论是建立在平面波的基础上,该平面波将在CASTEP代码中实现.首先,本文计算的晶格常数与已有的实验结果和理论数据吻合较好.其次,计算了过渡金属碳化物的分波态态密度和总态密度,结果表明这三种过渡金属碳化物均为金属,金属丰度由高到低的顺序为:V_2C Nb_2C Ta_2C.第三,研究了高压下的弹性常数C_(ij)、集料弹性模量(B、G、E)和泊松比.其中计算得到Ta_2C的体积模量最高(257 GPa).根据弹性稳定性判据,预测这三种化合物在100 GPa以内均具有力学稳定性.计算的B/G比值表明,这三种化合物在100 GPa范围内具有延展性.最后,利用准谐德拜模型研究了这三种化合物的热力学性质.     

V_3X系d带相对移动量的配位场方法的计算

本文用配位场方法计算在D_(2d)晶场作用下,V_3X(X=Si,Ga,Ge,Sb,Sn)超导化合物中d电子各态的附加势能,给出A-15超导化合物d带相对移动模型中的特征量——d子带相对移动量△E_⊥——与晶格常数的解析关系及其数值结果。并用于磁化率的计算。     

Mg_2Ge吸收系数和能量损失函数的第一性原理计算

应用密度泛函理论框架下的第一性原理超软赝势平面波方法系统地计算了Mg_2Ge基态的电子结构、电子态密度、弹性常数以及主要光电性质.计算结果表示Mg_2Ge是一种间接带隙半导体,禁带宽度为0.2136 eV;其价带主要由Ge的4s,4p态电子组成,导带则主要由Mg的3s,3p以及Ge的4p态电子组成;静态介电常数ε_1(0)=25.294;折射率n_0=4.5043;吸收系数最大峰值为396560.9 cm~(-1);通过计算弹性常数解释了Mg_2Ge的脆性;并分析了所计算的Mg_2Ge光电性质和其能带结构,为Mg_2Ge提供了在光电应用领域的理论依据和实验指导.     

Mg_2Ge吸收系数和能量损失函数的第一性原理计算

应用密度泛函理论框架下的第一性原理超软赝势平面波方法系统地计算了Mg_2Ge基态的电子结构、电子态密度、弹性常数以及主要光电性质.计算结果表示Mg_2Ge是一种间接带隙半导体，禁带宽度为0.2136 e V;其价带主要由Ge的4s,4p态电子组成，导带则主要由Mg的3s,3p以及Ge的4p态电子组成;静态介电常数ε_1(0)=25.294;折射率n_0=4.5043;吸收系数最大峰值为396560.9 cm~(-1);通过计算弹性常数解释了Mg_2Ge的脆性;并分析了所计算的Mg_2Ge光电性质和其能带结构，为Mg_2Ge提供了在光电应用领域的理论依据和实验指导.     

Half-Heusler合金NiMn1-xNbxSb的磁性和半金属稳定性

基于密度泛函理论的第一性原理计算,我们系统地研究了half-Heusler合金NiMn1-xNbxSb的电子结构、磁性和半金属稳定性。结果表明合金的晶格常数和磁性分别很好地符合Vegard定理和Slater-Pauling规则;当掺杂浓度为25%时,合金的费米面恰好位于其自旋向下带隙的中部,从而呈现最稳定的半金属性。此外,当前的研究也显示Ni-Mn和Ni-Nb之间的d电子杂化依赖于RKKY间接交换机制,共同贡献于合金的总磁矩。     

第一性原理研究semi-Heusler合金CoCrTe和CoCrSb的半金属性和磁性

采用第一性原理的全势能线性缀加平面波方法,对semi-Heusler合金CoCrTe和CoCrSb的电子结构进行自旋极化计算.CoCrTe和CoCrSb处于平衡晶格常数时是半金属性铁磁体,其半金属隙分别为0.28和0.22 eV,晶胞总磁矩为3.00μB和2.00μB.CoCrTe和CoCrSb的晶胞总磁矩主要来自于Cr原子磁矩.Co,Te和Sb的原子磁矩较小,它们的磁矩方向与Cr原子的磁矩方向相反.使晶格常数在±13%的范围内变化(相对于平衡晶格常数),并计算CoCrTe和CoCrSb的电子结构.计算研究表明,CoCrTe和CoCrSb的晶格常数变化分别在-11.4%—9.0%和-11.2%—2.0%时仍具有半金属性,并且它们晶胞总磁矩稳定于3.00μB和2.00μB.     

晶格均匀体形变对闪锌矿结构CaC和 SrC半金属性和磁性的影响

采用基于第一性原理的全势能线性缀加平面波方法计算闪锌矿结构CaC和SrC的电子结构.计算结果表明,锌矿结构CaC和SrC是自旋向上电子为非金属性的半金属,其半金属隙分别为0.83 eV和0.81 eV.磁性的计算分析表明,CaC和SrC的晶胞总磁矩都为2.00μ_B,C的原子磁矩较强,Ca和Sr的原子磁矩较弱.使晶格均匀体形变△a/a₀限于±15%,在此范围内计算CaC和SrC的电子结构.计算研究表明,当闪锌矿结构CaC和SrC的晶格常数分别为0.490 nm—0.661 nm和0.539 nm—0.707 nm时,它们的半金属性不变,晶胞总磁矩仍然为2.00μ_B.     

V3X系d带相对移动量的配位场方法的计算

本文用配位场方法计算在D₂d)晶场作用下,V₃X(X=Si,Ga,Ge,Sb,Sn)超导化合物中d电子各态的附加势能,给出A-15超导化合物d带相对移动模型中的特征量——d子带相对移动量△E_⊥——与晶格常数的解析关系及其数值结果。并用于磁化率的计算。 关键词：     

第一性原理计算M2C（M=V、Nb、Ta）的结构性质、弹性性质和热力学性质

通过密度泛函理论的第一原理计算,研究了 M2C (M=V, Nb, Ta)(空间群:pbcn, No: 60)在高压下的电子结构、弹性和热力学性质。该理论是建立在平面波的基础上,该平面波将在 CASTEP 代码中实现。首先,本文计算的晶格常数与已有的实验结果和理论数据吻合较好。其次,计算了过渡金属碳化物的分波态态密度和总态密度,结果表明这三种过渡金属碳化物均为金属,金属丰度由高到低的顺序为:V2C > Nb2C > Ta2C。第三,研究了高压下的弹性常数 C ij 、集料弹性模量(B、G、E)和泊松比。其中计算得到 Ta2C 的体积模量最高(257 GPa)。根据弹性稳定性判据,预测这三种化合物在 100 GPa 以内均具有力学稳定性。计算的 B/G 比值表明,这三种化合物在 100 GPa 范围内具有延展性。最后,利用准谐德拜模型研究了这三种化合物的热力学性质     

Ni4NdB电子结构和磁性能第一性原理研究

采用第一性原理,在局域自旋密度近似LSDA及LSDA+U近似,对Ni₄NdB化合物进行结构优化,计算体系晶格常数,电子结构和磁性能.结果表明,Ni₄NdB为带隙很小的金属导体,存在Nd-Ni铁磁耦合,体系总磁矩由Nd原子局域磁矩提供.体系原子成键较为复杂,Nd原子与近邻Ni原子成金属键,Nd原子与近邻B原子成较强离子键,Ni原子与近邻Ni原子间存在间接交换相互作用.在U作用下,体系磁矩与Nd原子磁矩变化一致,Ni原子磁矩在2.75 eV呈现磁有序-磁有序崩溃转变 关键词： 密度泛函理论 电子结构 磁性能 稀土过渡金属间化合物