金属Ti中He扩散的分子动力学模拟

研究材料中He原子的行为对提高贮氚材料的固氦性能十分必要，相对He行为的实验研究，理论模拟方面对其行为机理的研究相对薄弱。本文应用分子动力学（Molecular Dynamics）研究He原子在hcp结构金属Ti中的行为规律。     

Al辐照损伤初期的第一性原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法,对Al辐照损伤初期产生的本征点缺陷和He缺陷进行了研究.通过晶体结构、缺陷形成能和结合能,分析比较了缺陷形成的难易程度及对晶体稳定性的影响,并从态密度、差分电荷密度和电荷布居的角度,分析了其电子机理.结果表明:对于同类型的缺陷,其造成的晶格畸变越大,体系稳定性越低,缺陷形成的难度越大.同类型缺陷形成的难易程度由易到难依次为空位(置换位原子)、八面体间隙原子和四面体间隙原子,但相同位置的本征缺陷的形成难度小于He缺陷.间隙原子容易与空位结合,且Al原子与空位结合的能力强于He原子.间隙Al原子和He原子主要存在于八面体,且缺陷原子引起部分电子向更高能级转移,并导致与其最邻近的Al原子之间的共价作用减弱,从而降低了体系稳定性.间隙Al原子与最邻近的Al原子之间产生了强烈的共价作用,而He原子和最邻近Al原子之间主要为范德瓦耳斯力和较弱的离子键,这是含He缺陷的体系稳定性更低的重要原因.     

He注入单晶Si表面形貌的变化研究

沿Si的（100）面注入He离子, 能量为30 keV、 剂量为5×1016 ions/cm2。 注入后样品切成几块, 在真空炉中分别做退火处理, 退火温度从600 ℃到1 000 ℃, 退火时间均为30 min。 利用原子力显微镜研究了各个样品表面形貌的演化。 发现样品表面形貌与退火温度相关联。 假设在气泡中He原子与空位的比值很高, 导致样品内部存在高压的He泡, 从而使样品表面形貌发生变化。 探讨了在Si中He泡随退火温度的演化和He原子在材料中的释放机制及其对表面的影响。     

He同位素对He-NO碰撞体系微分截面的影响

用密耦近似方法计算了同位素He原子与NO分子碰撞体系的总微分截面、弹性微分截面和非弹性微分截面,总结了同位素He原子对He-NO碰撞体系微分截面的影响. 计算结果表明：在同一入射能量下,随着入射同位素He原子质量增加,总微分截面在0°时的角分布逐渐增大;同位素He原子与NO分子碰撞发生的彩虹现象越明显. 同时,体系约化质量增加的效应大于相对碰撞速度减小的效应,使散射振荡间隔逐渐减小. 关键词： He-NO 密耦近似 微分截面 同位素效应     

分子动力学方法研究金属Ti中He小团簇的迁移

采用分子动力学方法模拟了不同温度下He原子及He团簇在金属Ti中的迁移特性,并计算了扩散前系数和激活能. 研究发现这种扩散的各向异性非常显著,具体表现在He原子及He团簇在不同方向上扩散系数的前系数完全不同,但它们的激活能却相同. 研究表明:在预测金属中He的扩散行为时,必须采用动态模拟方法才能得到准确的前系数,仅仅考虑势垒的静态模拟方法是不行的. 另外,还发现一个不同于直觉的现象,即较低温度下He二聚物的扩散系数比单个He原子的扩散系数大;此外,在所模拟的温度范围内Arrhenius方程能够很好地描述它们的扩散. 这说明动力学模拟对预测金属中He的扩散行为具有重要的意义. 关键词： 分子动力学 扩散系数 各向异性 氦     

H,O,N,He原子掺杂Al原子的第一性原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法,对Al中分别加入H,O,N和He原子后的晶体状态进行了研究.通过晶体结构和形成能分析比较了杂质原子占据不同位置的难易程度及对晶体稳定性的影响,并从态密度、电荷密度和电荷布居的角度,分析了其电子结构.结果表明:H、O和N原子占据金属Al的四面体间隙最稳定,而He原子主要占据金属Al的八面体间隙. O和N原子与Al原子具有强烈的共价作用,H原子与Al原子存在共价作用但相对较弱,而He原子与Al原子的相互作用以范德华力为主.进一步揭示了四种原子在金属Al中不同行为的电子机制.     

He原子掺杂铝材料的第一性原理研究

采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法,结合广义梯度近似(GGA),计算了铝及铝晶胞间隙位置掺入He原子后体系的几何结构、电子结构、总体能量和电荷布居值.计算结果表明:随着氦在金属铝中逐渐形成,铝晶胞体系会发生晶格畸变,但总的趋势是He在铝体系的八面体位置的晶格畸变小于其在四面体位置的晶格畸变.He在铝晶胞八面体和四面体间隙的杂质形成能分别为1.3367 eV和2.4411 eV.由此可知,He在铝晶胞中最稳定位置是八面体间隙位置.同时,文中还从原子尺度层面分析了He原子在铝晶胞中的占位及其键合性质,讨论 关键词： 铝材料 第一性原理 形成能     

氦在铝表面辐照和积聚的团簇动力学模拟

我们利用团簇动力学模型(IRadMat)研究了keV-He离子辐照金属铝的缺陷动力学和氦的聚集行为.通过对不同俘获类型(团簇、晶界和位错)俘获He浓度的定量分析，我们发现大多数He原子被晶界吸收，这成为铝在低辐照通量下发生脆化的主要原因.随着辐照能量的增加，He滞留峰的位置会变得更深.然而，随着辐照通量的增加，He在体内的滞留量会变得更多，但滞留深度的峰值位置不变.我们的结果表明，晶界的影响在He的滞留分布以及铝的脆化行为中起着关键作用，这也有助于我们理解He在金属中的动力学行为和损伤的分布.     

初态波函数对电子与He原子碰撞同时电离激发反应的影响

在电子碰撞He原子同时电离同时激发的（e, 2e）反应中,利用DWBA模型,考虑了入射通道基态He原子两种不同的初态波函数,计算了He原子同时电离激发反应的三重微分截面(TDCS),并与实验数据进行比较。结果表明,有关联的Sliverman波函数计算得到的TDCS与实验数据吻合的更好点。     

初态波函数对电子与He原子碰撞同时电离激发反应的影响

在电子碰撞He原子同时电离同时激发的(e,2e)反应中,利用DWBA模型,考虑了入射通道基态He原子两种不同的初态波函数,计算了He原子同时电离激发反应的三重微分截面(TDCS),并与实验数据进行比较.结果表明,有关联的Silverman波函数计算得到的TDCS与实验数据吻合的更好点.     

铝镁尖晶石中He离子注入引起损伤的退火行为研究

利用卢瑟福沟道背散射技术结合表面的原子力显微分析,对注He的铝镁尖晶石晶体的晶格损伤及表面形变随退火温度变化的关系进行了研究.结果表明,不同注入剂量的样品中晶格损伤和表面形变表现出显著不同的退火行为.分析认为造成损伤演化的这种差异与注入的He原子在晶体中不同的聚集状态有关. 关键词： 离子注入 He 尖晶石 卢瑟福沟道背散射     

He-N2碰撞体系散射截面的理论研究

本文运用量子化学从头计算MP2方法6-311 G(3df,2p)基组,计算了He-N2相互作用的势能,拟合出He原子与N2分子相互作用的各向异性势函数,其势函数参数:势能球平均势阱位置、势阱深度、势能零点位置与通过散射实验数据分析的ESMSV(Exponential-Spline-Morse-Spline-Van der waals)势比较吻合.然后,用公认精确度高的密耦方法计算了He原子与N2分子碰撞体系的总微分截面、弹性微分截面、转动激发的非弹性微分截面和积分截面,计算结果与实验数据符合得较好.     

He原子与N2分子相互作用势的理论研究

用量子力学从头算方法深入研究了He原子与N2分子的相互作用势,用不同的方法和基组计算了该体系的各项异性相互作用势的单点能数据,得出了空间势能面的分布情况,并选定CCSD(T)/6-311++G(3df,2pd)方法和基组,同时采用了Boys和Bernardi提出的Full Couterpoise方法,消除了计算中的基组重叠误差,得出了较为准确的He-N2体系相互作用势的解析表达式.通过计算得到的微分截面与实验值符合较好,同时得出了不同碰撞能量时He原子与N2分子碰撞的微分截面的规律.     

He原子非相对论基态能量的变分计算

本文指出了一种现象:当忽略原子核的运动时,He原子非相对论基态变分能量的计算值将会低于实验值.考虑对原子核运动的修正后,通过使用一个带松弛坐标参数k的变分波函数对He原子的非相对论基态能量进行了变分计算,得到比较满意的结果.此计算与变分原理一致.     

He_2~+团簇结构和解析势能函数的从头计算研究

采用从头计算的耦合簇方法CCSD(T)和He原子Dunning’s相关调和基函数组对He+2 团簇的结构参数、势能曲线进行计算。利用Murrell Sorbie函数和最小二乘法拟合出了解析势能函数 ,并以此为基础计算出光谱常数。通过比较发现 :分子结构和光谱常数计算结果均与实验值符合良好 ,优于文献报道的结果。说明本文所得势能函数解析表达式准确反映了分子中原子间相互作用 ,可用于更广泛的研究     

He+2团簇结构和解析势能函数的从头计算研究

采用从头计算的耦合簇方法CCSD(T)和He原子Dunning's相关调和基函数组对He+2团簇的结构参数、势能曲线进行计算.利用Murrell-Sorbie函数和最小二乘法拟合出了解析势能函数,并以此为基础计算出光谱常数.通过比较发现:分子结构和光谱常数计算结果均与实验值符合良好,优于文献报道的结果.说明本文所得势能函数解析表达式准确反映了分子中原子间相互作用,可用于更广泛的研究.     

氦在铝表面辐照和积聚的团簇动力学模拟

我们利用团簇动力学模型(IRadMat)研究了keV-He离子辐照金属铝的缺陷动力学和氦的聚集行为.通过对不同俘获类型(团簇、晶界和位错)俘获He浓度的定量分析,我们发现大多数He原子被晶界吸收,这成为铝在低辐照通量下发生脆化的主要原因.随着辐照能量的增加,He滞留峰的位置会变得更深.然而,随着辐照通量的增加,He在体内的滞留量会变得更多,但滞留深度的峰值位置不变.我们的结果表明,晶界的影响在He的滞留分布以及铝的脆化行为中起着关键作用,这也有助于我们理解He在金属中的动力学行为和损伤的分布.     

利用单光子和双光子共振电离增强He原子谐波强度

理论研究了He原子在吸收紫外光子后对高次谐波的强度的影响。结果表明：当紫外光光子能量满足He原子基态与激发态的单光子和双光子共振跃迁时,谐波强度有超过2个数量级的增强。当紫外光光子能量满足He原子基态与激发态的多光子共振跃迁时,谐波强度增强明显减弱。分析电离几率表明,单、双光子共振电离在紫外共振电离中起主要作用,因此导致谐波强度的明显增强。同时,在啁啾调频场的作用下谐波截止能量也明显延伸,可以获得一个强度较高的谐波光谱连续区。选取该谐波连续区可获得脉宽为40 as的孤立脉冲。     

He2+团簇结构和解析势能函数的从头计算研宄

采用从头计算的耦合簇方法CCSD(T)和He原子Dunning’s相关调和基函数组对He2+团簇的结构参数、势能曲线进行计算。利用Murrell-Sorbie函数和最小二乘法拟合出了解析势能函数,并以此为基础计算出光谱常数。通过比较发现:分子结构和光谱常数计算结果均与实验值符合良好,优于文献报道的结果。说明本文所得势能函数解析表达式准确反映了分子中原子间相互作用,可用于更广泛的研宄。     

He原子与O2分子相互作用势及碰撞微分截面的研究

本文用量子力学从头算方法深入研究了He原子与O2分子的相互作用势,选定CCSD(T)/6－311＋＋G( 3df, 2pd)方法和基组,同时采用了Boys和Bernardi提出的Full Couterpoise方法消除了计算中的基组重叠误差(BSSE),得出了该体系的各向异性相互作用势的单点能数据,通过拟合得到了较为准确的He-O2体系相互作用势的解析表达式.采用精确度较高的密耦（Close-Coupling）近似方法,计算了He-O2碰撞体系的碰撞激发微分截面,计算得到的微分截面数据与实验值符合较好,并得出了不同碰撞能量时He原子与O2分子的碰撞的微分截面的规律.