高压下钒的结构相变及熔化温度的第一性原理计算

本文基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)和密度泛函微扰理论(DFPT),优化计算出金属钒在不同压强下的晶体结构,以此来说明其发生的结构相变.最后利用晶体结构和能量的关系,直接导出钒在不同压强下的熔化温度.计算结果都与已有的结果进行了比较.     

高压下ZnO的结构、弹性性质和吸收光谱的第一性原理研究

 运用基于密度泛函理论（DFT）的平面波赝势方法（PWP）,结合局域密度近似（LDA）以及广义梯度近似（GGA）,系统地研究了ZnO的纤锌矿结构（B4结构）,NaCl结构（B1结构）和CsCl结构（B2结构）在不同压强下的几何结构、弹性性质和吸收光谱。详细研究了ZnO发生的两次相变（B4→B1及B1→B2相变）,得到了不同近似下的相变压强,以及两次相变过程中其弹性常数随压强的变化,并分析了这种变化与相变的关系。发现在高压作用下,ZnO的吸收光谱发生蓝移。通过计算结果和实验结果的比较可以看出,LDA近似下的计算结果更加符合实验结果。     

Fe的结构与物性及其压力效应的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法，计算了Fe的几种不同晶体结构的总能量曲线，对HCP结构下晶体结构参数c/a随压强的变化关系做计算分析. 能量计算精度取为0.01 eV/atom. 计算得出： 1) 零温下Fe从bcc到hcp结构的相变压强约为15 GPa，与实验结果相一致； 2) 压强的升高会导致Fe的磁矩减小，最终破坏Fe的磁性； 3) 压强升高引起hcp晶体结构参数c/a缓慢增大，而在地核压强(135—360 GPa)范围内，c/a取常量约1.59能够满足计算精度的要求. 关键词： 第一性原理计算 压力效应 Fe的结构与物性     

高压下新型双“A”层MAX相V_2Ga_2C的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论的第一性原理,研究了压强对双"A"层MAX相V_2Ga_2C晶体结构、弹性和电子性质的影响,并利用玻恩稳定准则预测了V_2Ga_2C力学稳定状态下的压强范围。计算结果表明:在0～70GPa下,V_2Ga_2C的晶体结构处于力学稳定状态;随着压强的增大,V_2Ga_2C的晶格常数和体积均有不同程度的缩小,a轴随压强的增大收缩得最快,晶胞体积收缩了24%左右;随着压强的增加,V_2Ga_2C材料的维氏硬度从0 GPa压强下的18.23 GPa减小为70 GPa压强下的2.30 GPa,在20.15 GPa时从脆性材料转变为韧性材料;V_2Ga_2C的态密度和能带结构等电子性质随压强的变化较小,即压强对V_2Ga_2C的电子性质影响不大。     

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.     

等离子体过渡区电子压强的自洽场计算

压强在几十个兆巴到上百兆巴之间的过渡区状态方程一直是实验室和工程应用中关心的重要问题，在这个范围内既没有实验数据也没有很好的理论来描述，例如，密度泛函的方法由于不含温度而无法适用于过渡区：TF模型的计算由于过渡区的温度压强不太高而使得结果不再令人满意。文中对同类的平均原子结构作了几点改进：（1）考虑了稠密物质中的势阱效应，对传统平均原子模型作动态自由电子判据改进；（2）将准自由电子细分为4个部分，分别处理；（3）修改了中心场近似下正能态波函数的边界条件。在计算压强方面，考虑了共振态对电子压强的影响，引进了量子交换效应和库仑关联效应对压强的贡献。     

高压下ZnSe的电子结构和光学性质

运用密度泛函理论体系下的平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法,利用第一性原理计算了不同的压强下ZnSe晶体闪锌矿结构,得到了它的平衡晶格常数、总能量、电子态密度分布、能带结构、光反射与吸收系数等性质,详细讨论了高压下ZnSe的电子结构,并且结合实验结果定性地分析了高压下的光学性质. 关键词： 闪锌矿结构 态密度 能带结构 密度泛函理论     

金属铜的晶体结构与热力学性质的第一性原理计算

基于第一性原理,利用密度泛函理论(DFT)和密度泛函的微扰理论(DFPT),以及广义梯度近似(GGA),研究了过渡金属Cu的晶体结构、能量、电子能带和态密度、声子的能带结构和态密度,以及其在298.15 K下的热容,体积模量,格林艾森参数和体胀系数等热力学函数并与实验值作了对比.通过分析Cu的晶格几何与能量之间的关系,讨论了金属Cu的固-液相变与晶格声子振动能量之间可能的内在联系,首次提出直接得到Cu熔化温度T_m的静力学方法,研究了熔化温度与压强的关系.计算结果与实验值符合较好,明显优于分子动力学模拟的结果.     

过渡金属铝化物FeAl和CoAl弹性性质的第一性原理研究

本文通过第一性原理计算(密度泛函理论结合均匀形变方法)得到过渡金属铝化物FeAl和CoAl的二阶和三阶弹性常数,这些弹性常数是通过拟合计算出的能量与应力关系得到的。计算结果和理论数据及实验值符合的很好。接下来本文又研究了FeAl和CoAl在不同压强下的弹性性质。不同压强下的弹性常数Cij,体模量B,剪切模量G,泊松比σ 也成功的得到了。B/G比值和柯西压强 PC 都表明在零压下FeAl和CoAl表现出脆性。在压强小于60GPa的情况下,增大压强可以增强它们的韧性,但它们始终表现为脆性。     

金属铜的晶格结构与热力学性质的第一性原理计算

基于第一性原理,利用密度泛函理论(DFT)和密度泛函的微扰理论(DFPT),以及广义梯度近似(GGA),研究了过渡金属Cu的晶体结构、能量、电子能带和态密度、声子的能带结构和态密度,以及其在298.15K下的热容,体积模量,格林艾森参数和体胀系数等热力学函数并与实验值作了对比.通过分析Cu的晶格几何与能量之间的关系,讨论了金属Cu的固-液相变与晶格声子振动能量之间可能的内在联系,首次提出直接得到Cu熔化温度Tm的静力学方法,研究了熔化温度与压强的关系.计算结果与实验值符合较好,明显优于分子动力学模拟的结果.     

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。     

高压下钒的结构相变研究

运用密度泛函理论研究了钒(Vanadium)在高压下的结构相变。 通过对体心立方(bcc)结构的钒在不同压强下剪切弹性系数C44的计算, 发现当压强约95 GPa时 C44＜0, 说明体心立方结构的钒在此条件下是不稳定的。 进一步计算分析得到钒在高压下发生了从体心立方到菱面体 (Rhombohedral)的结构相变, 相变压强约70 GPa, 这一结果与最近的实验结果符合。 还首次发现当压强约380 GPa时, 将会发生菱面体到体心立方的结构相变, 这有待实验的验证。We have studied the structure phase transition of Vanadium under high pressures by density function theory. A mechanical instability in the shear elastic constant (C44) has been found for body centred cubic(bcc) Vanadium at about 95 GPa, which indicates the existence of the structural transition. By calculation and analysis, we found that there was a bcc rhombohedral structure transition at the 70 GPa, which is consistent with the experiment data. Our calculations also firstly gave that there was a rhombohedral bcc structure transition at about 380 GPa, which needs to be verified by the experiment.     

High pressure lattice dynamics, dielectric and thermodynamic properties of SrO

Using density functional theory and density functional perturbation theory we have studied the effects of hydrostatic pressure on lattice dynamics, dielectric and thermodynamic properties of the rocksalt (NaCl) and CsCl phases of SrO. The stability of the NiAs type structure, experimentally confirmed to be stable in BaO, is also investigated. Studying the lattice dynamics of the NaCl and CsCl phases at various pressures, in the range of the phase stability, we have found the lattice dynamical instabilities which govern the phase transitions between NaCl and CsCl phases with increasing and decreasing pressure. By monitoring the behaviour of the found soft modes, we have calculated the transition pressures upon compression and decompression of SrO crystal. Lattice dynamics calculations reveal that the rocksalt and CsCl structures are unstable with respect to the soft transversal acoustic modes at single points of the Brillouin zone, which points to the fact that the transitions are of displacive type. Responses to electric fields and thermodynamic properties at high pressures are also given and discussed. All our results are in a good agreement with experimental data where applicable.     

Electronic and optical properties of the zinc-blende structured LiZnN under pressure

The electronic and optical properties of the cubic zinc-blende (ZB) structured filled tetrahedral semiconductor α-LiZnN under pressure are investigated by using \textit{ab initio} plane wave pseudopotential density functional theory method within the generalized gradient approximation (GGA). The electronic band structure and the density of state under pressure are systematically described. The basic optical constants, including the reflection and absorption spectra, the energy-loss function, the complex refractive index and the dielectric function, are calculated and analysed at different external pressures. Our results suggested that the ZB α-LiZnN is transparent in the partially ultra-violet to the visible light region, and it seems that the transparency is hardly affected by the pressure.     

高压下c-BN的力学、电子结构及光学性质研究

为了研究不同压力下c-BN的力学性质、电子结构以及光学性质的变化,基于密度泛函理论构建了不同压力下c-BN的晶体模型。发现c-BN在不同压力下均力学稳定,随着压力增加,c-BN的弹性常数逐渐增大,材料的可压缩性逐渐变差;c-BN在零压下的禁带宽度为4.367 eV,表明c-BN是间接宽带隙半导体,随着压力增加,c-BN的禁带宽度逐渐增大,态密度谱图变化不明显;对Milliken 布居分布在不同压力下进行分析,表明随着压力增加,B、N原子杂化后形成的B-N共价性增强。对c-BN的复介电函数、折射率、反射率等进行分析,发现随着压力增大,它们都产生一定蓝移,且在整个可见光谱范围以及红外与紫外（约从204nm开始）光谱的很大范围内都透明。研究结果对高压下c-BN的应用有一定参考价值。     

C轴压力下ZnO晶体结构及电子性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对ZnO晶体在c轴取向压力作用下的晶体结构、电子结构的变化进行了研究. 结果表明,当压力在0到6 GPa区间时,晶格参数呈线性变化,带隙随压力增大而增大,显示弹性应变特征;当压力从6 GPa增大到10 GPa的过程中,晶体结构有了较大变化,出现了介于常压下纤锌矿结构和等静压高压下NaCl结构之间的类石墨结构(Graphitelike structure). 伴随着这一结构相变,ZnO的晶格参数,能隙和态密度等电子结构出现了较大跃变.     

First-principles investigation on the elastic stability and thermodynamic properties of Ti₂SC

Using Vanderbilt-type plane-wave ultrasoft pseudopotentials within the generalized gradient approximation(GGA) in the frame of density functional theory(DFT),we have investigated the crystal structures,elastic,and thermodynamic properties for Ti2SC under high temperature and high pressure.The calculated pressure dependence of the lattice volume is in excellent agreement with the experimental results.The calculated structural parameter of the Ti atom experienced a subtle increase with applied pressures and the increase suspended under higher pressures.The elastic constants calculations demonstrated that the crystal lattice is still stable up to 200 GPa.Investigations on the elastic properties show that the c axis is stiffer than the a axis,which is consistent with the larger longitudinal elastic constants(C 33,C 11) relative to transverse ones(C 44,C 12,C 13).Study on Poisson’s ratio confirmed that the higher ionic or weaker covalent contribution in intra-atomic bonding for Ti2SC should be assumed and the nature of ionic increased with pressure.The ratio(B/G) of bulk(B) and shear(G) moduli as well as B/C 44 demonstrated the brittleness of Ti2SC at ambient conditions and the brittleness decreased with pressure.Moreover,the isothermal and adiabatic bulk moduli displayed opposite temperature dependence under different pressures.Again,we observed that the Debye temperature and Gru¨neisen parameter show weak temperature dependence relative to the thermal expansion coefficient,entropy,and heat capacity,from which the pressure effects are clearly seen.     

C轴压力下ZnO晶体结构及电子性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对ZnO晶体在c轴取向压力作用下的晶体结构、电子结构的变化进行了研究.结果表明,当压力在0～6 GPa区间时,晶格参数呈线性变化,带隙随压力增大而增大,显示弹性应变特征;当压力从6 GPa增大到10 GPa的过程中,晶体结构有了较大变化,出现了介于常压下纤锌矿结构和等静压高压下NaCl结构之间的类石墨结构(Graphitelike structure).伴随着这一结构相变,ZnO的晶格参数,能隙和态密度等电子结构出现了较大跃变.     

高压下LiNbO_3晶体电子结构与光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理超软赝势平面方法研究了外界压强对LiNbO_3晶体态密度,能带结构,电荷密度以及光学性质的影响.能带结构计算表明,价带顶主要由O-2p和Nb-4d态电子贡献,导带底主要由Nb-4d态电子贡献,且带隙随着压强的增加而线性增大.利用复介电函数计算了LiNbO_3晶体在不同压强下光学性质的折射率、反射率、吸收函数,能量损失函数以及光电导率.研究发现:外界压强大于10GPa时,静态折射率保持不变,随外界压强的增加,反射率、吸收函数以及光电导率区间有一定程度的拓宽,损失函数峰发生"蓝移".研究表明,外界高压可以有效调控LiNbO_3晶体的电子结构和光学性质,为LiNbO_3晶体的高压应用提供了有益的理论依据.     

高压下LiNbO3晶体电子结构与光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理超软赝势平面方法研究了外界压强对LiNbO3晶体波态密度,能带结构,电荷密度以及光学性质的影响.能带结构计算表明,价带顶主要由O-2p和Nb-4d态电子贡献,导带底主要由Nb-4d态电子贡献,且带隙随着压强的增加而线性增大.利用复介电函数计算了LiNbO3晶体在不同压强下光学性质的折射率、反射率、吸收系数,能量损失函数以及光电导率. 研究发现：外界压强大于10Gpa时,静态折射率保持不变,随外界压强的增加,反射率、吸收函数以及光电导率区间有一定程度的拓宽,损失函数峰发生“蓝移”.研究表明,高压可以有效调控LiNbO3晶体的电子结构和光学性质,为LiNbO3晶体的高压应用提供了有益的理论依据.