高压下β-InSe弹性常数、电子结构的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,本文研究了高压对β-InSe弹性常数、机械性能和电子结构的影响.在0～20 GPa范围内,随着压力的增大,β-InSe的晶格常数、晶胞体积逐渐减小,结构参数a/a_0、c/c_0、V/V_0单调减小.在0～12 GPa范围内,弹性模量G、E、B和泊松比v随着压力增大而增大,在16 GPa时大幅减小,G、E、B分别减小了34.9%、53.3%、82.9%.随着压力增大,Se-In和In-In原子之间的电荷密度增大,Se-In原子之间的共价键增强,层间距减小.而且,β-InSe在20 GPa时带隙消失,发生了半导体向半金属的相变.     

压力作用下Mg_2X(X=Si,Ge)相热力学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方法,研究了压力作用下Mg_2Si和Mg_2Ge的结构、弹性和热力学性质。计算结果表明:0GPa压力作用下两者的晶格参数与实验值以及其他理论值吻合较好,且相对晶格常数a/a_0和晶胞体积V/V_0均随压力的增大而减小;在0~25GPa压力作用下,Mg_2Si和Mg_2Ge相体模量B、剪切模量G、杨氏模量E均随压力的增大而增大,材料的刚度和塑性均增强,当压力达到15GPa时,材料由脆性转变为延性。最后借助准谐德拜模型和Gibbs软件,研究了温度与压力对Mg_2Si和Mg_2Ge的德拜温度、体模量、热容和热膨胀系数的影响。     

第一性原理研究压力对Fe2B的结构、机械性质的影响

基于密度泛函理论的第一性原理方法，系统研究了0～30 GPa压力下四方相Fe₂B的结构，稳定性和力学性质等.随着压力的增加，计算得到的晶格参数逐渐减小，所有结构均满足热力学稳定性，体积模量和剪切模量逐渐增大，韧性得到有效改善.硬度呈现先增大后减小的趋势，并在18 GPa压力时达到最大值，各向异性先增大后减小.德拜温度变化趋势与杨氏模量的变化趋势相同.同时还研究了相变结构——正交相的相关性质，结果表明其结构满足热力学稳定性但不满足力学稳定性，是否稳定存在还需要进行后续实验研究.     

外压下VN相变和力学性质的第一性原理研究

运用基于赝势平面波基组的密度泛函程序VASP并结合Quantum ESPRESSO,Phonopy软件包对压力下VN的结构、力学性质、声子色散关系进行了第一性原理的研究.分别对Na Cl型(B1),Cs Cl型(B2),WC型(Bh)三种构型的VN进行了计算,三种结构的体积能量曲线、焓压关系和声子谱表明在常压下六角WC结构与立方结构相比更稳定.随着压力增加VN由Bh结构到B1结构的相变发生在30 GPa左右,而B1结构到B2结构的相变可能发生在150 GPa左右.常压下三种结构的VN是力学稳定的,其弹性常数和弹性模量都有随压强的增大而增加的趋势,三者都是脆性材料.B1结构和B2结构坐标基矢方向上的杨氏模量数值与体对角线方向上的差距较大,体现出明显的各向异性.随压力的增加B1结构各向异性程度增大而B2结构各向异性程度减小.     

高压下NH_4ClO_4结构、电子及弹性性质的第一性原理研究

研究高压下NH_4ClO_4的结构和性质对于NH_4ClO_4在固体推进剂和炸药的安全应用具有重要意义.采用基于色散校正密度泛函理论的第一性原理方法,研究了0—15 GPa静水压力下NH_4ClO_4的晶体结构、分子结构、电子性质和弹性性质,计算结果与实验值具有较好的一致性.在压强为1,4和9 GPa时,NH_4ClO_4的晶体参数、键长和分子构型等均出现不连续变化,说明了在压强作用下结构发生变化.随着压强增加,氢键增多且作用增强,由分子内氢键向分子内和分子间的氢键转变;导带态密度峰值增加,电子局域性增强,晶体内N-H和Cl-O共价键作用增强,带隙增大,不同相变区域内带隙呈线性关系.0—15 GPa条件下NH_4ClO_4的弹性常数满足力学稳定性标准,采用Voigt-Reuss-Hill方法计算了体积模量B,剪切模量G和杨氏模量E,根据Cauchy压力和B/G值,说明NH_4ClO_4属于韧性材料,随着压强增加韧性增强.     

外部压力下β相奥克托金晶体弹性性质变化的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用投影缀加波方法对不同压力条件下β相奥克托金(β-HMX)的弹性常数进行了计算.计算得到零压条件下β-HMX的体弹性模量为12.7 GPa,剪变模量为4.4 GPa,与实验测量结果接近.对β-HMX弹性常数压力响应的分析表明,随着外部压力增加,晶体的体弹性模量和剪变模量逐渐增加.当外部压力达到7 GPa时晶格开始沿剪应变方向出现不稳定性,与拉曼散射实验结果相符.     

外压下VN相变和力学性质的第一性原理研究

运用基于赝势平面波基组的密度泛函程序VASP并结合Quantum ESPRESSO,Phonopy软件包对压力下VN的结构、力学性质、声子色散关系进行了第一性原理的研究.分别对NaCl型（B1）,CsCl型（B2）,WC型（Bh）三种构型的VN进行了计算,三种结构的体积能量曲线、焓压关系和声子谱表明在常压下六角WC结构与立方结构相比更稳定.随着压力增加VN由Bh结构到B1结构的相变点发生在30GPa左右,而B1结构到B2结构的相变点可能发生在150GPa左右.常压下三种结构的VN是力学稳定的,其弹性常数和弹性模量都有随压强的增大而增加的趋势,三者都是脆性材料.B1结构和B2结构坐标基矢方向上的杨氏模量数值与体对角线方向上的差距较大,体现出明显的各向异性.随压力的增加B1结构各向异性程度增大而B2结构各向异性程度减小     

不同浓度C掺杂SnO_2的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理对不同浓度C掺杂SnO_2体系的晶体结构、能带结构、态密度以及光学性质进行了计算.结果表明:掺杂C原子后,晶胞体积和晶格常数都略微增大,且随着掺杂浓度的增大而增大,能带的禁带宽度则随着浓度的增大而减小.在光学性质中,掺杂C原子后体系的光吸收边都向低能方向移动,随着掺杂浓度的增大,体系红移的幅度也增大.     

钝感高能炸药三氨基三硝基苯高温高压下热力学性质的分子动力学模拟研究

热力学性质是钝感高能炸药1, 3, 5-三氨基-2, 4, 6-三硝基苯(TATB)爆轰性质和安全性评估分析的重要参数. 由于结构的复杂性, TATB炸药尚缺乏系统的实验和理论计算结果. 结合全原子力场和分子动力学的方法, 本文系统研究了不同温度和压力条件下TATB的力学性质和热力学参数, 得到了弹性模量、德拜温度等随温度、压力的变化情况, 并与实验进行了对比分析. 结果表明: 在 0-50 GPa外部压力下, TATB晶体保持力学稳定, 弹性常数和弹性模量随压力升高而增大, 各向异性程度随压力升高而减小, 泊松比和延展性则受压力的影响较小; 随温度的升高, TATB的力学稳定性逐渐下降, 有发生力学失稳的可能, 各弹性常数随温度升高而逐渐减小, 各向异性程度也随之减小; TATB 的声速和德拜温度同样随着压力升高而增大, 平均声速从0 GPa下的1833 m/s, 增加到10 GPa 下的3143 m/s, 德拜温度由0 GPa下的254 K增加到10 GPa的587 K. TATB 热膨胀系数的计算表明, 在200-500 K 温度常压情况下, 其体热膨胀系数为35.9×10^-5 K^-1, 与实验数据符合较好.     

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.     

高压下γ'-Fe4N晶态合金的声子稳定性与磁性

利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了高压下有序晶态γ’-Fe₄N合金的晶格动力学稳定性与磁性. 对比没有考虑磁性的γ’-Fe₄N的声子谱, 得出压力小于1 GPa时, 自发磁化诱导了铁磁相γ’-Fe₄N基态晶格动力学稳定. 压力在1.03-31.5 GPa时, Σ线上的点(0.37, 0.37, 0)、对称点X和M 上相继出现了声子谱软化现象. 压力在31.5-60.8 GPa时, 压致效应与自发磁化对诸原子的作用达到了稳定平衡, 表现出了声子谱稳定. 压力大于61.3 GPa时, 随着压力的增大压力诱导体系动力学不稳定性越强. 通过软模相变理论对于γ’-Fe₄N, 在10 GPa下的声学支声子的M点处软化现象的处理, 发现了动力学稳定的高压新相P2/m-Fe₄N. 压力小于1 GPa时高压新相P2/m-Fe₄N 是热力学稳定的相, 且磁矩与γ’-Fe₄N的磁矩几乎相同. 2.9-19 GPa时, P2/m相的焓比γ’相的焓小, 基态结构更稳定. 大于20 GPa时, 两相磁矩几乎相同.     

高压下B12AS2晶体结构及晶格振动的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,本文研究了二十面体硼化砷(B12As2)在外部静水压强0～30 GPa范围内的晶格结构变化.计算结果表明:二中心B-B键在高压下压缩率最大,硼二十面体基团相对比较稳定,外界压力对其影响较小.利用基于密度泛函微扰理论的计算,本文给出了在0～30 GPa范围内B12As2晶体所有12个...     

外压条件下TaN及Ta-Si-N结构相变的第一性原理研究

利用基于第一性原理密度泛函理论的赝势平面波方法,对TaN、Ta-Si-N的B1型(NaCl)和B2型(CsCl)复合结构在压力下的的力学常数、体积-能量关系、焓-压关系以及声子色散关系图进行了计算和研究,并分析了他们的相对稳定性.根据计算结果,推断在90—110 GPa左右压力时,TaN薄膜将会发生由B1型向B2型的相变,且材料脆性增加;当压力在190—200GPa的范围内,Ta-Si-N薄膜也将发生B1→B2型的结构转变,由延展性材料压变为脆性材料.     

第一性原理计算XHfO3(X=Ba,Sr)的结构、弹性和电子特性

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了钙钛矿结构的BaHfO₃和SrHfO₃的基态性质，包括优化后的晶格常数、弹性常数、体弹性模量、剪切模量、态密度、能带结构和电荷密度.计算结果表明BaHfO₃和SrHfO₃具有比较大的体弹性模量，它们都是间接带隙的半导体材料，Ba或Sr原子与HfO₃基团之间形成的化学键主要是离子键，而Hf原子与O原子之间形成的主要是共价键. 关键词： 第一性原理 钙钛矿结构 体弹性模量 价键     

外电场作用下MgO分子的特性研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法在6-311+G（2DF）水平上研究了电场强度为-003—003 a.u.的外电场对MgO基态分子的几何结构、HOMO能级、LUMO能级、能隙、费米能级、谐振频率和红外光谱强度的影响规律.结果表明,在所加的电场范围内,随着正向电场的增大核间距先减小后增大,在F=002 a.u.时,R_e取得最小为017397 nm;分子总能量不断升高,但增大的幅度呈减小的趋势; E_H先增大后减小,在 关键词： MgO 外电场 能隙 红外     

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.     

Al的微观组态与LaNi3.75Al1.25的结构和弹性第一性原理研究

在全电子水平上,采用广义梯度近似密度泛函理论和全势能线性缀加平面波方法并结合二维立方拟合方法,对LaNi3.75Al1.25合金的晶体结构与弹性性质进行了理论研究.计算结果给出合金的晶格常数a=b=0.5137 nm,c=0.4018 nm,Al原子在晶胞中的微观分布为同时占据部分3g和2c等价格位,弹性常数C11+C12=281.2,C13=82.3,C33=227.3,以及体弹性模量B＝124.5、切变模量G＝68.2 GPa.还对态密度、能带结构和电荷密度进行了计算分析,并给出材料LaNi3.75Al1.25的电子线性比热系数23.45 mJ/molK2.     

高温高压下碳化钨晶体的结构、力学、电子、光学以及热力学性能的第一性原理计算

本文利用密度泛函理论中的广义梯度近似对碳化钨晶体的三种结构(碳化钨相、闪锌矿相以及纤锌矿相)进行了优化,得到能量最低的稳定构型,并在此基础上计算了它的力学、电子、光学和高温高压下的热力学性质.研究表明:在0～300 GPa压力范围内,碳化钨相具有最高的稳定性.同时,高压下碳化钨相的弹性常数满足Born-Huang准则,且0 GPa和300 GPa下的声子色散没有虚频,证明了高压下碳化钨相的静力学稳定性和动力学稳定性.电子性质表明了碳化钨的金属性.光学性质表明碳化钨在高能区很难吸收光.热力学性质的研究表明:体积比V/V_0对压强的变化更敏感;高温时C_V曲线近似一条直线;给定压强下热膨胀系数α在600 K温度以上增长非常缓慢;压强对德拜温度Θ_D的影响较大;在低压下格林艾森系数γ的变化较大.     

高温高压下液态铁的状态方程

基于高温高压下面心立方(FCC)铁的状态方程和熔化温度实验数据,建立了热力学模型计算FCC铁、固-液混合相、液态铁在高温高压下的状态方程.在相同密度和温度下,计算的FCC铁、固-液混合铁、液态铁的压强与实验测量结果较为一致,且计算结果与实验结果平均偏差分别为-1.61 GPa、1.05 GPa、-0.05 GPa.在0～100 GPa压强范围内,当铁完全发生熔化时,随着压强的增大其密度变化由-7.5%下降至2.7%.     

ZnS电子结构及电性能应力效应的研究

基于广义梯度近似平面电子波函数密度泛函理论计算的方法研究了无压力下和在1 GPa外压应力下闪锌矿结构ZnS的能带结构、电子状态密度、结合状况和介电性能。结果表明在外加1 GPa压力时闪锌矿结构ZnS晶格常数由2.7605减小到2.7049,对称性不变.在外压1 GPa应力下ZnS仍呈直接带隙的能带结构,带隙宽度较未加压力时减小到1.698 e V.在外加1 GPa压应力下ZnS费米能附近的载流子浓度大大增加,更容易发生跃迁而产生电迁移和光电现象。外加1 GPa压力时Zn-S键长由2.3905减小到2.3405,Zn-S成键数量由1.820个增加到1.860个.ZnS硫化物在紫外和可见光波段主要存在四个介电吸收峰,外加1 GPa压应力下位于170 nm和210 nm附近的直接跃迁介电吸收峰强度降低.