氧化钒晶体的半导体至金属相变的理论研究

本文利用第一性原理方法研究了金红石相和单斜相VO₂晶体的电子结构和热力学性质.在计算中采用局域密度近似结合Hubbard U模型(LDA+U)描述电子的局域强关联效应,同时也利用微扰密度泛函方法计算了两种相结构的声子谱.计算结果表明V原子3d电子轨道中x²-y²轨道能级分裂决定了VO₂晶体在不同相结构下的金属和绝缘体特性.零温状态方程计算揭示了在68 GPa时可以发生从单斜结构 关键词： 2')" href="#">VO₂ 相变 第一性原理     

SmN晶体的电子结构和高压相变的第一性原理

利用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了SmN晶体的电子结构和高压相变. SmN晶体的电子结构具有半金属特征,多数自旋电子显示金属导电性,少数自旋电子显示半导体导电性. 高压相变的结果显示,SmN晶体经历从NaCl型(B1)到CsCl型(B2)结构转变的压致结构相变,相变压力117 GPa. 弹性系数的结果显示,在环境压力下SmN晶体的弹性系数满足玻恩稳定条件,标志着B1相是力学稳定结构. 声子谱结果显示,在环境压力下B1相是热力学稳定结构,与弹性系数的计算结果一致.     

钙钛矿结构ZrBeO3稳定性的第一性原理研究

基于密度泛函理论构建了钙钛矿结构ZrBeO3晶体模型,计算了该晶体模型结合能,表明了该构型热力学稳定性;计算出该结构在不同压力下的弹性常数,并据此计算了ZrBeO3的体积模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比、BH/GH(体模量/剪切模量)等参数,结果表明该材料具有机械稳定性,随着等静压力增加,材料由脆性向韧性转变;计算了零压下ZrBeO3的硬度,为34.5 GPa,表明该结构晶体应为超硬材料;计算了ZrBeO3的声子能谱,结果表明ZrBeO3在低温零压下热动力学不稳定,为此分析比较了不同压力下的声子能谱、不同原子轨道及化学键布居值,研究表明随着压力增加,Be原子sp杂化后形成的Be-O共价键成分增强、Zr-O键离子键成分增强,晶格动力学趋于稳定。     

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.     

相变及空位缺陷对高压下BeO光学性质的影响

为了探究BeO晶体能否成为冲击波实验中的候选窗口材料,本文采用密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,计算了150 GPa的压力范围内BeO理想晶体和含氧空位点缺陷晶体的光学性质.吸收谱数据显示,BeO高压结构相变对其吸收谱的吸收边几乎没有影响.并且,在150 GPa压力范围内,BeO理想晶体在可见光区没有光吸收行为.氧空位点缺陷的存在将使得其吸收边出现明显的红移现象,但在可见光区仍然没有光吸收(是透明的).波长在532 nm处的折射率数据表明:在BeO的WZ和RS结构相区,其折射率会随着压力增加而缓慢降低,而高压结构相变和氧空位缺陷将使得其折射率显著增大.计算数据分析表明BeO有成为冲击窗口材料的可能,并且本文所获信息将对未来进一步的实验有重要参考价值.     

第一性原理计算:MgCNi_3镁位空穴(Na)掺杂的声子谱研究

应用全势线性响应线性糕模轨道(FP-LR-LMTO)方法对MgcM3镁位进行钠掺杂的虚原子近似,计算晶格振动的动力学矩阵,得到Mg1-xNaxCNi3(x=0,0.06)的声子谱.计算结果表明MgCNi3声子谱中最低声学支沿F-M方向有接近一半距离的不稳定声子模存在,不稳定声子模都包括存原胞内x-y平面上两个相邻Ni原子沿着与C-Ni键垂直的方向上,向着镍八面体间隙区的垂直运动x为0.06的掺杂,使得布里渊区沿三个主要高对称性方向(Г-x、Г-M、Г-R)虚频范围扩大,容易使MgCNi3结构不稳定而产生结构相变.     

相变及空位缺陷对高压下BeO光学性质的影响

为了探究BeO晶体能否成为冲击波实验中的候选窗口材料，本文采用密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法，计算了150 GPa的压力范围内BeO理想晶体和含氧空位点缺陷晶体的光学性质.吸收谱数据显示，BeO高压结构相变对其吸收谱的吸收边几乎没有影响.并且，在150 GPa压力范围内，BeO理想晶体在可见光区没有光吸收行为.氧空位点缺陷的存在将使得其吸收边出现明显的红移现象，但在可见光区仍然没有光吸收(是透明的).波长在532 nm处的折射率数据表明:在BeO的WZ和RS结构相区，其折射率会随着压力增加而缓慢降低，而高压结构相变和氧空位缺陷将使得其折射率显著增大.计算数据分析表明BeO有成为冲击窗口材料的可能，并且本文所获信息将对未来进一步的实验有重要参考价值.     

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.     

钍基碳化物ThC的高压结构稳定性研究

钍基碳化物ThC是重要的核材料,基于第一性原理计算,我们研究了ThC的结构稳定性及相变.声子色散曲线表明基态结构的晶格能够稳定到42 GPa附近,当压力继续升高时虚频的出现表明了动力学的不稳定.经比较基态Fm-3m及高压相Pnma结构的自由能,发现零温下,相变压力为22.4 GPa,符合声子色散曲线的结果,同时预测了两种结构的相变边界.     

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     

Structural,electronic and mechanical properties of alkaline earth metal oxides MO (M=Be,Mg, Ca,Sr, Ba)

The structural, electronic and mechanical properties of alkaline earth metal oxides MO (M=Be, Mg, Ca, Sr, Ba) in the cubic (B1, B2 and B3) phases and in the wurtzite (B4) phase are investigated using density functional theory calculations as implemented in VASP code. The lattice constants, cohesive energy, bulk modulus, band structures and the density of states are computed. The calculated lattice parameters are in good agreement with the experimental and the other available theoretical results. Electronic structure reveals that all the five alkaline earth metal oxides exhibit semiconducting behavior at zero pressure. The estimated band gaps for the stable wurtzite phase of BeO is 7.2 eV and for the stable cubic NaCl phases of MgO, CaO, SrO and BaO are 4.436 eV, 4.166 eV, 4.013 eV, and 2.274 eV respectively. A pressure induced structural phase transition occurs from wurtzite (B4) to NaCl (B1) phase in BeO at 112.1 GPa and from NaCl (B1) to CsCl (B2) phase in MgO at 514.9 GPa, in CaO at 61.3 GPa, in SrO at 42 GPa and in BaO at 14.5 GPa. The elastic constants are computed at zero and elevated pressures for the B4 and B1 phases for BeO and for the B1 and B2 phases in the case of the other oxides in order to investigate their mechanical stability, anisotropy and hardness. The sound velocities and the Debye temperatures are calculated for all the oxides using the computed elastic constants.     

Theoretical study of ground state and high-pressure phase of platinum carbide

We report local density-functional calculations using the full-potential linearized muffin-tin orbital method (FP-LMTO) for platinum carbide (PtC) in the, rock-salt (B1), zinc-blende (B3), wurtzite (B4), nickel-arsenide (B8) and PbO (B10) structures. The ground state properties such as the equilibrium lattice constant, elastic constants, the bulk modulus and its pressure derivative of PtC in these phases are determined and compared with available experimental and theoretical data.Our calculations show that the ground state phase of PtC to be zinc-blende (B3) structure at zero pressure and the nickel-arsenide (B8) structure is a high-pressure phase. The transition pressures at which this compound undergoes the structural phase transition from (B3) to (B8) and from (B3) to (B1) are found to be 34.25 and 51.28 GPa, respectively. The highest bulk modulus values in the nickel-arsenide (B8), zinc-blende (B3), rock-salt (B1) and PbO (B10) structures indicate that PtC is a hard material.     

MgO高温高压特性及相变的第一性原理研究

应用第一性原理密度泛函理论计算了MgO在零温(0K)下和0~200GPa静水压范围内的晶体结构和弹性模量,以及B1、B4和B8相结构的MgO的声速随压力的变化。利用准简谐近似下的Debye模型,通过拟合三阶Birch-Murnaghan物态方程模拟了高温效应并对三个相在高温高压下的相稳定性做了研究。本工作的计算结果与前人的理论和实验结果符合较好,说明第一性原理结合准简谐Debye模型能够比较准确的模拟矿物如MgO在高温高压下的热力学性质。     

压力下氮化铝相转变及结构性质的第一性原理研究

利用密度泛函理论(DFT)研究了AlN的六角纤锌矿结构(B4),岩盐矿结构(B1),过渡态中间相六方结构(Hexa)和过渡态中间相四方结构(Tetra),计算了AlN在不同压力下B4和B1结构和过渡态中间相六方结构和四方结构的焓值,计算发现B4和B1相的转变压力是17.27 GPa,低压区中间相六方结构稳定,高压区中间相四方结构更稳定,AlN的常见的B4结构是直接带隙结构,带隙宽度是4.095 eV,带隙宽度与外压力之间关系符合二次函数方程,与其它理论研究结果一致.     

Electronic,elastic and dynamical properties of MgSe under pressure: rocksalt and iron silicide phase

The electronic, elastic and dynamical properties of MgSe in the rocksalt (B1) and iron silicide (B28) phase and the effects of pressure on these properties are investigated using first-principles method. The calculated electronic band structure indicates that the B1 phase of MgSe presents an indirect band-gap feature and the band gaps initially increase with pressure and subsequently decrease upon compression. Remarkably, an indirect-to-direct band-gap transition has been observed at the phase transition pressure. The elastic constants, bulk modulus, shear modulus, Young’s modulus, elastic anisotropy and B/G ratio of MgSe in the B1 and B28 phase at high pressure have also been investigated. The bulk modulus, shear modulus and Young’s modulus all increase monotonously with the increasing of pressure for the B1 and B28 phase of MgSe. The calculated phonon frequencies of the B1 phase at zero pressure agree well with available theoretical results. And the transverse acoustic phonon TA(X) mode of this phase completely softening to zero at 82 GPa. The phonon curves of the B28 phase under pressure have also been successfully investigated.     

MgO高温高压特性及相变的第一性原理研究

应用第一性原理密度泛函理论计算了MgO在零温(0K)下和0~200GPa静水压范围内的晶体结构和弹性模量,以及B1、B4和B8相结构的MgO的声速随压力的变化。利用准简谐近似下的Debye模型,通过拟合三阶Birch-Murnaghan物态方程模拟了高温效应并对三个相在高温高压下的相稳定性做了研究。本工作的计算结果与前人的理论和实验结果符合较好,说明第一性原理结合准简谐Debye模型能够比较准确的模拟矿物如MgO在高温高压下的热力学性质。     

高压下RhB的相变、弹性性质、电子结构及硬度的第一性原理计算

采用密度泛函理论中的赝势平面波方法系统地研究了高压下RhB的结构相变、弹性性质、电子结构和硬度.分析表明,RhB在25.3 GPa时从anti-NiAs结构相变到FeB结构,这两种结构的弹性常数、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.电子态密度的计算结果显示,这两种结构是金属性的,且费米能级附近的峰随着压强的增大向两侧移动,赝能隙变宽,轨道杂化增强,共价性增强,非局域化更加明显.此外,硬度计算结果显示,anti-NiAs-RhB的金属性比较弱,有着较高的硬度,属于硬质材料.     

A reversible high-pressure second-order phase transition in silicon carbide ceramics SiC–BeO

Experimental measurements of the effect high pressure and temperature have on the thermal conductivity of silicon carbide SiC–BeO ceramics are presented. The pressure is varied in an interval of up to 400MPa; temperature, in the range of 273–523 K. The results reveal there is a reversible second-order phase transition at pressures of 100–150 MPa.     

Ab initio lattice dynamics and thermodynamic properties of SrO under pressure

We present an ab initio calculation of lattice dynamics and thermodynamic properties of SrO in the NaCl (B1) and CsCl (B2) structured phases under pressure. We employ the density-functional perturbation theory (DFPT) within the local density approximation (LDA) in conjunction with the quasi-harmonic approximation. At zero pressure, the calculated dispersions agree well with the measured ones for the B1 phase. A pressure-induced soft transverse acoustic (TA) phonon mode is identified at the zone boundary X point of the Brillouin zone. The B2 phase is stable at high pressure. Our analysis suggest that this soft transverse mode is responsible for the pressure induced structural phase transition. The increase of the electronic dielectric function with pressure is attributed to the closure of the p–d gaps. The thermal expansion coefficient decreases with pressure and does not show any negative behavior. The predicted transition pressure decreases with temperature.