Gd-Sn二元系合金相图

本文用X射线衍射和差热分析方法,对Gd-Sn二元系进行了研究,观察到三种新的金属间化合物Gd₃Sn,Gd₈Sn₇和Gd₃Sn₄,并作出了这个二元系合金相图。这个二元系中,共存在着八种金属间化合物,它们是:Gd₃Sn,Gd₅Sn₃,Gd₅Sn₄,Gd₈Sn₇,Gd₁₁Sn₁₀,Gd₃Sn₄,GdSn₂和GdSn₃。金属间化合物Gd₃Sn和Gd₅Sn₃分别在1173℃和1243℃同成分熔化;金属间化合物Gd₅Sn₄,Gd₈Sn₇,Gd₁₁Sn₁₀,Gd₃Sn₄,GdSn₂和GdSn₃分别在1179℃,1114℃,1095℃,995℃,941℃和905℃由包晶反应生成。存在着1103℃约15at％Sn,1141℃约32at％Sn和232℃约100at％Sn三个共晶反应。无论是Gd在Sn中还是Sn在Gd中都没有观察到溶解度。 关键词：     

Mg-Y-Zn合金三元金属间化合物的电子结构及其相稳定性的第一性原理研究

采用基于密度泛函的第一性原理平面波赝势方法计算Mg-Y-Zn合金三元金属间化合物X-Mg₁₂YZn 相和W-Mg₃Y₂Zn₃相的晶格常数、形成焓和电子结构. 形成焓的计算结果表明, X-Mg₁₂YZn相和W-Mg₃Y₂Zn₃相都具有负的形成焓, 并且W-Mg₃Y₂Zn₃相的形成焓更低; 电子结构的计算分析表明, W-Mg₃Y₂Zn₃相成键峰主要来自Mg的2p轨道、Zn的3p轨道和Y的4d轨道的贡献. 而X-Mg₁₂YZn相成键峰主要来自Mg的3s和2p轨道、Zn的3p轨道和Y的4d轨道的贡献. 对W-Mg₃Y₂Zn₃相(011)面和X-Mg₁₂YZn相(0001)面的电荷密度分析表明, 两相中Zn-Y原子间都形成了共价键, 且W-Mg₃Y₂Zn₃相的共价性比X-Mg₁₂YZn相的共价性更强. 在费米能级低能级处, W-Mg₃Y₂Zn₃相具有更多的成键电子数, 决定了W-Mg₃Y₂Zn₃相比X-Mg₁₂YZn相有更好的相稳定性.     

5d过渡金属二硼化物的结构和热、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系统地研究了5d过渡金属二硼化物TMB₂ (TM=Hf–Au) 的结构、热学、力学和电学性质. 我们考虑了三种结构, 分别为AlB₂, ReB₂和WB₂结构. 计算得到的晶格常数与先前的理论和实验研究符合得很好. 通过计算生成焓预测了化合物的热力学稳定性; 从HfB₂到AuB₂, 生成焓的整体趋势是逐渐增加的. 在所考虑的结构中, 对HfB₂和TaB₂, AlB₂结构是最稳定的; 对WB₂, ReB₂, OsB₂, IrB₂和AuB₂, ReB₂结构是最稳定的; 对PtB₂, WB₂结构是最稳定的. 在所考虑的化合物中, ReB₂结构的ReB₂具有最大的剪切模量(295 GPa), 是最硬的化合物, 与先前的理论和实验结果相符. 计算得到的总态密度显示所有结构都具有金属特性. 讨论了系列化合物的变化趋势. 关键词： 弹性性质 热力学性质 第一性原理 5d过渡金属二硼化物     

金基纳米管AunSi12 (n=25-60)的奇异结构与电磁特性预测

应用相对论效应的密度泛函理论,系统研究了一系列稳定的中空类管状Au_nSi₁₂(n=25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60)团簇. Au_nSi₁₂可以通过在不同长度的单壁Au纳米管(5, 5)的两端戴帽由二十面体Au₂₀Si₁₂平分的两个相同半球构建而成.计算结果显示,Si原子的掺杂使得Au_nSi₁₂的结构变得更加紧密且加强了相应的类管状Au团簇的稳定性.最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)之间的能隙值在0.041 eV至0.138 eV区间,表明Au_nSi₁₂具有较高的化学活性.电子结构分析显示,Si原子和Au原子之间的p-d轨道杂化在形成和维持Au_nSi₁₂的类管状结构方面发挥了重要作用.Hirshfeld电荷分析显示,电荷从Au原子转移到Si原子上,Au_n...     

CoSi2的能带结构

本文报道用自洽LMTO方法算得CoSi₂化合物的能带结构及状态密度。计算所得状态密度峰值位置与同步辐射光电子谱相应峰值位置很好地符合。计算结果表明:在CoSi₂及NiSi₂中,仍然是过渡金属原子的3d轨道与Si原子的3p轨道间的杂化成键决定它们的电子结构。Si原子并不保持像块状硅中的sp³型杂化。 关键词：     

NO在Yn(n=1–12)团簇表面的解离性吸附

采用基于密度泛函理论中的广义梯度近似,在考虑自旋多重度的情况下,对Y_nNO（n=1–12）团簇进行了构型优化,以及稳定性和成键特性分析,结果表明：n=5,7,8,10时,NO吸附使相应的Y_n团簇基态结构发生了明显变化,吸附后,所有尺寸中的N–O键长明显伸长,振动频率减弱,表明NO在Y_n团簇表面发生的是解离性吸附,N–Y,O–Y键的共同作用使Y_nNO团簇具有很大的吸附能;特别是n=3,5,8时,N–O键断裂,吸附能值分别为9.92,9.24,9.82 eV. Y_nNO和Y_n 的二阶能量差分变化趋势表明,NO 吸附对Y_n团簇稳定性和成键特性均产生较大影响. N,O原子sp³轨道杂化时孤对电子的出现导致N–O键断裂,增强了N–Y和O–Y间的成键能力,使Y₃NO,Y₅NO,Y₈NO团簇表现出了很好的稳定性. 关键词： 团簇 NO吸附 基态结构 稳定性     

单层Nb2SiTe4基化合物的带隙异常变化

传统硫族化合物中阳离子相同时,随着阴离子原子序数的增加,价带顶逐渐升高,带隙呈减小趋势.在A₂BX₄基(A=V,Nb,Ta;B=Si,Ge,Sn;X=S,Se,Te)化合物中,观察到随着阴离子原子序数增加,其带隙呈现反常增大的现象.为了探究其带隙异常变化的原因,基于第一性原理计算,对A₂BX₄基化合物的电子结构展开系统地研究,包括能带结构、带边相对位置、轨道间耦合作用以及能带宽度等影响.研究发现,Nb2SiX4基化合物中Nb原子4d轨道能量明显高于阴离子p轨道,其价带顶和导带底主要由Nb原子4d轨道相互作用组成,其带宽主要影响带隙大小.Nb₂SiX₄基化合物的带隙大小通过Nb—Nb和Nb—X键共同作用于Nb原子4d轨道的宽度来控制.当阴离子序数增加时,Nb—Nb键长增加,其相互作用减弱,由Nb原子4d轨道主导的能带变宽,带隙减小;另一方面,Nb—X键长增加又使Nb原子4d带宽变窄,带隙增加,并且Nb—X键长增长占主导,所以带隙最终呈现异常增加的趋势.     

Ba8Si46、Ba8Au6Si40和Ba8Cu6Si40电子特性的研究

布局分析和态密度结果均表明,Ba8Si46　化合物中Ba原子6s轨道上电子一部分向5d轨道转移,另一部分向笼上Si原子3p轨道转移.对于Ba8Au6Si40、Ba8Cu6Si40分析结果表明,由于Cu (Au) 向Si转移部分电子,导致了Cu (Au)-6c与Si-24k原子间成键由共价键趋向离子键.带结构的分析表明三者均为弱金属,其中Ba8Cu6Si40和Ba8Au6Si40的导电能力更强一些.     

Ba8Si46、Ba8Cu6Si40和Ba8Au6Si40电子特性的研究

布居分析和态密度结果均表明,Ba8Si46化合物中Ba原子6s轨道上电子一部分向5d轨道转移,另一部分向笼上Si原子3p轨道转移.对于Ba8Cu6Si40、Ba8Au6Si40分析结果表明,由于Cu(Au)向Si转移部分电子,导致了Cu(Au)-6c与Si-24k原子间成键由共价键趋向离子键.带结构的分析表明三者均为弱金属,其中Ba8Cu6Si40和Ba8Au6Si40的导电能力更强一些.     

笼状Au$lt;sub$gt;20$lt;/sub$gt;内掺$lt;i$gt;M$lt;/i$gt;$lt;sub$gt;13$lt;/sub$gt;($lt;i$gt;M$lt;/i$gt;=Fe，Ti)团簇磁性的密度泛函计算研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似方法,对M₁₃（M=Fe,Ti）以及M₁₃内掺Au₂₀团簇的几何结构和磁性进行了计算研究.结果表明：M₁₃和M₁₃内掺Au₂₀团簇的几何结构在0.006—0.05 nm误差范围内保持着I_h对称性.Fe₁₃团簇最低能态的总磁矩为44 μ_B,内掺到Au₂₀笼中后形成的Fe₁₃内掺Au₂₀团簇的最低能态总磁矩为38 μ_B,且Au原子与内掺Fe₁₃团簇之间存在着弱铁磁相互作用.Ti₁₃团簇在总磁矩为6 μ_B时能量最低,掺入Au₂₀笼后形成的Ti₁₃内掺Au₂₀团簇最低能态总磁矩是4 μ_B,内表面12个Ti原子与表面Au壳之间是弱铁磁相互作用,而与中心Ti原子之间是弱反铁磁相互作用.由于Au₂₀笼状外壳的影响,Fe₁₃内掺Au₂₀和Ti₁₃内掺Au₂₀团簇中Fe₁₃和Ti₁₃的磁矩比无金壳的Fe₁₃和Ti₁₃团簇的磁矩分别减少了6.81 μ_B和2.88 μ_B. 关键词： 几何结构 磁性 密度泛函理论     

Adsorption of NO on Au atoms and dimers supported on MgO(1 0 0): DFT studies

The adsorption of NO on single gold atoms and Au₂ dimers deposited on regular O²⁻ sites and neutral oxygen vacancies (F_s sites) of the MgO(1 0 0) surface have been studied by means of DFT calculations. For Au₁/MgO the adsorption of NO is stronger when the Au atom is supported on an anionic site than when it is on a F_s site, with adsorption binding energies of 1.1 and 0.5 eV, respectively. In the first case the spin density is mainly concentrated on the metal atom and protruding from the surface. In such a way, an active site against radicals such as NO is generated. On the F_s site, the presence of the vacancy delocalizes the spin into the substrate, weakening its coupling with NO. For Au₂/MgO, as this system has a closed-shell configuration, the NO molecules bonds weakly with Au₂. Regarding the N–O stretching frequencies, a very strong shift of 340–400 cm⁻¹ to lower frequencies is observed for Au₁/MgO in comparison with free NO.     

Mg-Sn-Si合金中Mg2(Si,Sn)复合相的结构与性能研究

研究了铸态Mg-Sn-Si合金中Mg₂(Si,Sn)复合相的结构、 特性以及该相对Mg-Sn-Si合金变质作用的影响. 结果表明: Sn原子能取代Mg₂Si中的部分Si生成Mg₂(Si,Sn)复合相, 该三元相与Mg₂Si, Mg₂Sn相的结构相同, 属于面心立方结构, Mg₂(Si,Sn)相的元素含量并不固定, 在Si富集区形成的Mg₂(Si,Sn)相中, Si元素含量高, 在Si贫乏区形成的Mg₂(Si,Sn)相中, Si元素含量低. Si含量较多的Mg₂(Si,Sn)相性能与Mg₂Si相接近, Sn含量较多的Mg₂(Si,Sn)相性能与Mg₂Sn相接近, 实验中发现Mg₂(Si,Sn)复合相的纳米硬度、 弹性模量与维氏硬度等物理性能介于Mg₂Si与Mg₂Sn之间, Mg₂(Si,Sn)相对汉字状Mg₂Si相的变质处理起到桥梁作用. 关键词： Mg-Sn-Si合金 2Si')" href="#">Mg₂Si 2Sn')" href="#">Mg₂Sn 2(Si,Sn)复合相')" href="#">Mg₂(Si,Sn)复合相     

Elastic,dynamical, and electronic properties of LiHg and Li3Hg: First-principles study

The elastic, dynamical, and electronic properties of cubic LiHg and Li₃Hg were investigated based on first-principles methods. The elastic constants and phonon spectral calculations confirmed the mechanical and dynamical stability of the materials at ambient conditions. The obtained elastic moduli of LiHg are slightly larger than those of Li₃Hg. Both LiHg and Li₃Hg are ductile materials with strong shear anisotropy as metals with mixed ionic, covalent, and metallic interactions. The calculated Debye temperatures are 223.5 K and 230.6 K for LiHg and Li₃Hg, respectively. The calculated phonon frequency of the T_2g mode in Li₃Hg is 326.8 cm⁻¹. The p states from the Hg and Li atoms dominate the electronic structure near the Fermi level. These findings may inspire further experimental and theoretical study on the potential technical and engineering applications of similar alkali metal-based intermetallic compounds.     

Heusler合金Co2MnAl(100)表面电子结构、磁性和自旋极化的第一性原理研究

基于第一性原理计算方法系统地研究了L2₁和B2结构下的Heusler合金Co₂MnAl(100)表面原子的原子弛豫、电子结构、磁性和自旋极化行为. L2₁和B2结构的Co₂MnAl(100)表面由于Co–Mn和Co–Al的成键差异, 使得不同原子分别发生不同程度的伸缩. 与块体相比, Co和Mn原子的自旋磁矩由于表面效应而明显增大, 电子结构计算显示L2₁结构块体中的带隙被表面态破坏, 表面效应使得两种结构的CoCo端面自旋极化率降低, 但MnAl端面并未受到显著影响, 呈现了较大的自旋极化, 预测其在隧道结中可能具有很好的应用潜力.     

掺杂非晶氧化硅薄膜中三元化合态与电子结构的第一性原理计算

基于密度泛函理论和分子动力学方法,研究了ITO-SiO_x(In,Sn)/n-Si异质结光伏器件中非晶SiO_x层的氧化态和电子结构.计算结果表明:具有钝化隧穿功能的超薄(2 nm)非晶SiO_x层,是由In,Sn,O,Si四种元素相互扩散形成的,其中In,Sn元素在SiO_x网格中以In-O-Si和Sn-O-Si成键态存在,形成了三元化合物.In和Sn的掺杂不仅在SiO_x的带隙中分别引入了E_v+4.60 eV和E_v+4.0 eV两个电子能级,还产生了与In离子相关的浅掺杂受主能级(E_v+0.3 eV).这些量子态一方面使SiO_x的性能得到改善,在n-Si表面形成与反型层相衔接的p-型宽禁带"准半导体",减少了载流子的复合,促进了内建电场的建立.另一方面有效地降低了异质结势垒高度,增强了ITO-SiO_x(In,Sn)/n-Si光伏器件中光生非平衡载流子的传输概率,促进了填充因子的提升(72%).     

Stability,elasticity and electronic structures of Co-Zr binary intermetallic compounds

ABSTRACT

The structural properties, enthalpies of formation and entropic temperatures of five stable Co-Zr intermetallics were systematically investigated by first-principles calculations. The calculated enthalpy of formation was used to measure the phase stability of the Co-Zr intermetallic compounds, and the results reveal that CoZr has the highest phase stability among these Co-Zr compounds. Considering the change of temperature, the entropic temperature T_S was used to illustrate the high-temperature stability of the Co-Zr intermetallic compounds. Additionally, the elastic constants, anisotropy indexes and Debye temperatures have been calculated. According to the calculated anisotropy indexes, CoZr₂ has the highest elastic anisotropy among the Co-Zr binary compounds. Furthermore, the bonding characteristics of these compounds have also been investigated by calculating the electronic structures.     

Au聚体的吸附位点对杀草强分子表面增强拉曼光谱的影响研究

杀草强是一种白色结晶粉末状的化学除草剂，对环境有极强的破坏性，大量使用会造成农残污染，对生物体具有致癌作用。目前利用密度泛函理论探究杀草强分子的拉曼增强机理的相关研究相对较少，开展了Au聚体吸附位点对杀草强分子表面增强拉曼光谱的影响研究。采用Multiwfn软件结合VMD软件探究了杀草强分子表面静电势分布，得出N₁，N₄和N₆是杀草强分子与Au原子配位的最佳位置。基于密度泛函理论，运用GaussView5.0和Gaussian09软件, 在B3LYP/6-31++G（d，p）基组水平上对杀草强分子进行几何构型优化，并对C，H，N原子使用6-31++G（d，p）基组，Au原子使用LANL2DZ赝式基组，计算了杀草强分子的常规拉曼散射光谱和杀草强分子与Au₄聚体以及Au₆聚体吸附的表面增强拉曼散射光谱，并进行特征峰指认和比较。结果发现在Au与N₁配位形成的复合物中，在1 064，1 200，1 392和1 592 cm-1处杀草强分子的拉曼活性明显；Au与N₄配位形成的复合物中，在1 304 cm-1处杀草强分子的拉曼活性明显；Au与N₆配位形成的复合物中，在1 064，1 520和1 592 cm-1处杀草强分子的拉曼活性明显。经过比较得出Au与N₁和N₆配位形成的复合物增强效果较好。Au₄聚体以及Au₆聚体与N₁吸附得到拉曼特征峰最大增强因子分别达到41和81倍；Au₄聚体以及Au₆聚体与N₆吸附得到拉曼特征峰最大增强因子分别达到55和96倍。杀草强分子与Au原子结合有很明显的拉曼增强效应，当Au聚体由四个增加到六个时，Raman光谱增强效果明显。该研究结果为杀草强分子的实验研究打下了理论基础。     

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.     

二氧化铀电子结构和弹性性质的第一性原理研究

本文采用第一性原理的方法系统研究了UO₂的晶体结构、电子结构和弹性性质. 在计算中采用广义梯度近似结合Hubbard U项描述电子的局域强关联效应. 首先通过计算能带带隙大小并与理论值比较的方法, 得到了合理的有效库仑相关作用能(U_eff)的取值, 同时通过态密度的计算, 进一步验证了U_eff取值的合理性. 计算得到UO₂中U原子的U_eff值为3.30 eV (U_eff=U-J, U=3.70 eV, J=0.40 eV). 应用此参数计算得到的UO₂晶格常数为5.54 Å, 带隙宽度为2.17 eV. 该结果优于目前现有的研究结果, 同时在同样的U_eff值条件下计算所得到的弹性常数与实验值也符合得较好. 相较于之前的基于实验测量并分析得到的U_eff值, 我们所采用的方法在对UO₂性质描述上更为准确. 不同的有效库仑相关作用能取值下的态密度结果表明, 有效库仑相关作用能的大小可以影响铀原子5f电子轨道的分布.     

Theoretical study on the structural,mechanical, electronic properties and QTAIM of CrB_4 as a hard material

Using the first-principles calculations based on spin density functional theory(DFT), we investigate the structure,elastic properties, and electronic structure of Pnnm-CrB4. It is found that Pnnm-CrB_4 is thermodynamically and mechanically stable. The calculated elastic properties such as the bulk modulus, shear modulus, Young's modulus, and Poisson's ratio indicate that CrB_4 is an incompressible material. Vicker's hardness of Pnnm-CrB_4 is estimated to be 26.3 GPa, which is in good agreement with the experimental values. The analysis of the investigated electronic properties shows that PnnmCrB_4 has the metallic character and there exist strong B–B and Cr–B bonds in the compound, which are further confirmed by Bader's quantum theory of atoms in molecules(QTAIM). Thermodynamic properties are also investigated.