Cr掺杂以及Mo和Cr双掺Mn4Si7的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论中第一性原理的赝势平面波法,分别对本征Mn4Si7、Cr掺杂Mn4Si7以及Cr和Mo双掺Mn4Si7的电子结构及光学性质进行了计算和分析。计算结果表明本征Mn4Si7禁带宽度为Eg=0.813 eV,Cr掺杂Mn4Si7禁带宽度为Eg=0.730 eV,Cr和Mo双掺Mn4Si7禁带宽度为Eg=0.620 eV,均为间接带隙半导体、p型掺杂。此外,在低能区掺杂体系的介电函数、折射率、消光系数、吸收系数以及光电导率均强于本征Mn4Si7,表明Cr掺杂Mn4Si7以及Cr和Mo双掺Mn4Si7有运用于红外光电子器件的巨大潜力。     

ZrRh晶体结构、弹性性质和电子结构的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了ZrRh的晶体结构、弹性性质和电子结构性质.结果表明:计算的B2、B19'和ZrIr结构的平衡晶格常数与相应的实验参数符合很好.从形成焓和态密度的角度来看,ZrRh的相稳定顺序是ZrIrFe BB19'B2,ZrIr结构是最稳定的.ZrIr结构的形成焓最小,说明ZrIr结构最容易生成.利用应力-应变的方法计算了ZrRh的弹性常数,表明B2、FeB和ZrIr结构是力学稳定的.B/G和泊松比均表明ZrRh具有很好的延展性.对ZrRh的态密度研究发现,增强的Rh4d态与Zr4d态杂化作用是ZrIr结构稳定的主要原因.     

Al_3X(X=Zr、Ti、Ce、Er)化合物的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对Al_3X(X=Zr、Ti、Ce、Er)化合物生成焓、结合能、态密度、力学性能进行了计算.生成焓、结合能的计算结果表明:Al_3X(X=Zr、Ti、Ce、Er)化合物中,Al_3Zr最易形成,Al_3Ce则最难形成,计算所得的结合能均为负值,化合物具有热力学稳定性,其中Al_3Zr的热力学稳定性最好,Al_3Er则最差.态密度结果分析:Al_3X(X=Zr、Ti、Ce、Er)化合物在费米能级处态密度不为0,表现出金属特性,通过赝能隙大小判断出它们的共价性具有如下关系:Al_3ZrAl_3TiAl_3CeAl_3Er,这与Al-3s、3p电子分别与Zr-4d,Ti-3d,Ce-5d、4f,Er-4f轨道电子具有较为明显的轨道杂化作用有关.力学性能计算结果表明:Al_3Ti、Al_3Zr抵抗体积变形、剪切变形的能力、刚度较Al_3Er、Al_3Ce大.由于Al_3Zr、Al_3Ti、Al_3Ce、Al_3Er具有一定共价性,共价键为方向性键,不利于塑性变形,因此它们均表现为脆性材料. Al_3Zr、Al_3Ti、Al_3Ce、Al_3Er本征维氏硬度大小排序为:Al_3TiAl_3ZrAl_3ErAl_3Ce.     

稀土(Y、Ce)掺杂b-FeSi_2光电性质的第一性原理研究

基于第一性原理赝势平面波方法,对稀土(Y、Ce)掺杂β-Fe Si2的几何结构、电子结构和光学性质进行了计算与分析。几何结构的计算表明,Y或Ce掺杂后β-Fe Si2的晶格常数改变,晶胞体积减小。电子结构的计算表明,掺入稀土后β-Fe Si2费米面附近的能带结构变得复杂,带隙变窄;总电子态密度发生了变化,Y的4d轨道电子态密度和Ce的4f轨道电子态密度主要贡献给费米面附近。光学性质的计算结果表明,Y或Ce掺杂后β-Fe Si2的静态介电常数明显提高,介电函数虚部ε2的峰值均向低能方向移动并且减弱,折射率n0明显提高,消光系数k的峰值减弱,计算结果为β-Fe Si2材料掺杂稀土改性的实验研究提供了理论依据。     

Al掺杂浓度对CrSi2电子结构及光学性质的影响

采用基于第一性原理的赝势平面波方法,对不同Al掺杂浓度CrSi2的几何结构、能带结构、态密度和光学性质进行了计算和比较。几何结构和电子结构的计算表明:Al掺杂使得CrSi2的晶格常数a和b增大,c变化不大,晶格体积增大;Cr(Si1-xAlx)2仍然是间接带隙半导体,掺杂使得费米面向价带移动,且随着掺杂量的增大而更深地嵌入价带中,费米能级附近的电子态密度主要由Cr的3d态电子贡献。光学性质计算表明,随着掺杂量的增大,Cr(Si1-xAlx)2的静态介电常数、第一介电峰、折射率n0逐渐增大,平均反射效应减弱,表明Al掺杂有效增强了CrSi2对光的吸收,能够提高其光电转换效率。计算结果为CrSi2光电材料的应用和设计提供了理论指导。     

高压下SiO_2的第一性原理计算

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理,采用Hartree-Fork(HF)方法,分别计算了Si O2的α-石英结构、金红石结构以及氯化钙结构的总能量随体积的变化关系。利用Murnaghan状态方程,通过能量和体积拟合,得到了3种结构的体变模量及其对压强的一阶导数。计算结果表明,随着压强的增加,Si O2会从α-石英结构转变为金红石结构,与实验结果和其它理论结果一致;金红石结构与氯化钙结构之间不存在相变,可以共存。此外,对具有α-石英结构的Si O2的晶格常数、电子态密度和带隙随压强的变化关系进行了计算和分析,结果表明:加压作用下,能带向高能方向移动,Si─O键缩短,电子数转移增加,带隙展宽,电荷发生重新分布。     

Mn掺杂Mo2 FeB2的电子结构，磁性和弹性的第一性原理研究

用第一性原理计算（ Mo,Fe,Mn）3 B2的结构稳定性、磁性、电子结构和弹性。过程中采用了密度泛函理论和超软赝势。研究表明反铁磁性具有最低的能量,为基态。计算所得的（ Mo,Mn,Fe） B2电子态密度和布局数与Mo2 FeB2的类似。从电子态密度和重叠布局数发现,B?B和B?Mo为共价键,对剪切模量起促进作用。通过磁性分析,发现Fe和Mn原子起主要作用。然而,Mn的掺杂对硬质相Mo2 FeB2的成键和弹性的影响微小。     

掺Cd氧化锌的电子结构及相结构稳定性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论结合投影缀加平面波方法的VASP软件包,在考虑所有掺杂原子构型的前提下,对Cd掺杂ZnO合金的晶格常数、禁带宽度、电子态密度和形成焓进行了计算,分析了Cd含量和掺杂原子构型对纤锌矿wz-Zn_1-xCd_xO合金的电子结构和结构稳定性的影响.计算结果表明:随着Cd含量的不断增加,纤锌矿ZnCdO合金的平均晶格常数a,c均线性增加,但c/a的比值不会发生显著的变化;纤锌矿ZnCd 关键词： 密度泛函理论 ZnCdO合金 电子结构 形成焓     

Nb-17at%Si合金的压力温度相图

我们知道,Nb3Si有三种同素异构体,其中L12相(Cu3Au型)是由粉末烧结得到的[1],A15相Nb3Si可能是一种高温超导体,但一般只能得到偏离化学配比的化合物[2,3],在常压下往往是Ti3P型结构[4]。 高压有利于形成高密度相.Ti3P结构Nb3Si的平均原子体积为 16.79埃3/原子,稍大于 A15相Nb3Si的平均原子体积(16.39埃3/原子),其晶格常数a大约为5.08埃[5].在高压下,Ti3P结构是转变为A15相还是发生其他何种转变?这是一个值得研究的课题. 实验表明,Nb-1 7 at% Si合金比较容易形成Ti3P型结构.而按照化合物成分配制Nb-2 5at% Si合金一般得不到 Ti3P…     

Mn、Fe掺杂ZnS的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了闪锌矿结构的纯净ZnS、Mn掺杂ZnS和Fe掺杂ZnS的电子结构和光学性质,分析了掺杂对ZnS晶体的能带结构、电子态密度、光学吸收系数的影响。计算结果表明:掺杂体系费米能级附近的电子态密度主要来源于Mn 3d,Fe 3d态电子的贡献;Mn、Fe掺杂情况下的光吸收谱均向低能级方向移动且在低能端形成新的吸收峰,红移效应明显。     

DyFe10Si2化合物的中子粉末衍射测量

氮、碳和氢等原子进入R（Fe，M）12化合物（R=稀土元素，M=Ti，V，Cr，Mn，Mo，W和Si等）可以形成具有优异内禀磁性的间隙型金属间化合物，引起了人们的广泛关注。Dy（Fe，Si）12化合物Si原子择优占据的8f和8j位，不同于其它替代元素的优先占据8i位，且重稀土元素Dy原子磁矩与Fe反平行排列。文中利用中子粉末衍射技术确定了77K温度下DyFe10Si2化合物的晶体结构与磁结构，得到了原子坐标、占位数和磁性原子磁矩等信息。     

ZrCuSiAs型锰基化合物ThMnSbN中的化学压力效应

采用固相反应法合成了一种Zr Cu Si As型准二维层状锰基化合物Th Mn Sb N.基于X射线粉末衍射的结构精修显示,该化合物属于P4/nmm空间群.其晶胞参数为a=4.1731?, c=9.5160?.电输运测量显示,该化合物电阻率随温度下降缓慢上升,且在16 K附近出现电阻率异常.与此同时,该材料的磁化率在同一温度附近出现异常,显示出类似磁性相变的行为.进一步的比热测量中没有观察到磁相变导致的比热异常.另外,低温下的比热分析显示,该材料的电子比热系数为γ=19.7 m J·mol^–1·K^–2,远高于其他同类锰基化合物.该结果与电输运测量中观察到的低电阻率行为相符,暗示Th Mn Sb N中费米面附近存在可观的电子态密度.基于对一系列Zr Cu Si As型化合物晶体结构细节的比较,分析了含有萤石型Th₂N₂层的系列化合物中导电层所受化学压力的不同作用形式.     

Mn掺杂对半金属铁磁体Fe_2Si电磁特性的影响

此文用基于密度泛函理论第一性原理的贋势平面波方法,计算了Fe_2Si及Mn掺杂Fe_2Si体系的能带结构、电子态密度和磁学特性,分析了不同位置Mn掺杂对Fe_2Si电磁特性的影响,获得了纯的和不同位置Mn掺杂的Fe_2Si体系是铁磁体,自旋向上的能带结构穿过费米面表现金属特性,纯Fe_2Si的半金属隙为0.164e V;Mn掺杂在Fe1位时,自旋向下部分转变为A-M间的间接带隙半导体,体系呈现半金属特性,此时磁矩为2.00μB,是真正的半金属性铁磁体;掺杂在Fe2位时,自旋向下部分的带隙值接近于0,体系呈现金属特性;掺杂在Fe3位时,自旋向下部分转变为L-L间的直接带隙半导体,体系呈现半金属特性等有益结果 .自旋电荷密度分布图表明Mn原子的3d电子比较局域,和周围原子成键时3d电子更倾向于形成共价键.体系的半金属性和磁性主要来源于Fe-3d电子与Mn-3d电子之间的d-d交换,Si-3p电子与Fe、Mn-3d电子之间的p-d杂化.这些结果为半金属铁磁体Fe_2Si的电磁调控提供了有效的理论指导.     

Mg合金晶粒细化机理的电子理论研究

采用递归法计算了α-Mg与α-Zr的结构能、原子结合能,Mg/Zr界面能与Mg/液态Mg界面能,Mg中Zr及Zr中Fe,Mn,Si等杂质原子相互作用能.计算发现α-Zr的结构能、原子结合能低于相应的α-Mg,且Mg/Zr界面能低于Mg/液态Mg界面能,从能量角度合理解释了Zr先于Mg从Mg熔体析出,并作为异质核心细化Mg晶粒的实验现象.原子相互作用能的计算结果显示,Zr在Mg中相互吸引形成团簇,并与杂质形成化合物,削弱晶粒细化效果. 关键词： 电子结构 晶粒细化 Mg合金     

Ac掺杂β-FeSi_2光电性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理赝势平面波方法,对锕(Ac)掺杂β-FeSi2的几何结构,电子结构和光学性质进行了计算与分析。几何结构的计算表明:Ac掺杂后β-FeSi2晶格常数a、b及c都有所变化,晶胞体积增大。电子结构的计算表明:Ac掺入后导致费米面进入导带,能带结构仍为准直接带隙,但是带隙明显变窄;费米能级附近,总电子态密度主要由Fe的3d层和Si的3p层电子态密度决定,Ac的6d层电子态密度贡献很小。光学性质的计算表明:静态介电常数ε1(0)明显提高,介电函数的虚部ε2的峰值向低能方向移动并且减弱,折射率n0明显提高,消光系数k向低能方向有一微小的偏移,吸收峰增强,平均反射效应变化不大,计算结果为β-FeSi2材料掺杂改性的实验研究提供了理论依据。     

Si在TiAl3中取代行为的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了Si原子在TiAl3中的格点取代行为.通过对不同原子被置换后的c/a值、形成能以及电子态密度的计算和比较,发现Si原子倾向于取代TiAl3中的Al原子,其取代行为主要由系统的电子结构决定,计算结果与实验相符.为了进一步研究Si原子的取代行为,对Si原子占据的格点以松散或紧凑分布下体系的总能、形成能以及电子态密度进行了计算,结果表明Si原子倾向于取代TiAl3中松散分布的Al(2)原子.对c/a值的计算表明,随Al(2)格点Si原子浓度的增加,c/a值逐渐增大;而当Si取代Al(1)格点时,c/a值随Si原子浓度的增加而减小.研究表明,Si在TiAl3中的极限固溶度介于12.5at%-18.75at%之间.     

密度泛函理论研究SinMn (n=2～14)团簇的结构和电子性质

采用密度泛函理论中的广义梯度近似对SinMn (n=2～14) 团簇的几何构型进行优化,并对能量、频率和电子性质进行了计算. 结果表明,当n≥10时,Mn原子完全陷入Si原子形成的笼内.二阶能量差分、分裂能和垂直电离势都表明Si5Mn和Si12Mn是稳定的团簇,且12是团簇的幻数.通过对电子性质的分析发现Si12Mn团簇具有较高的化学稳定性.布局数分析表明,在Si5Mn团簇中Mn原子的磁矩(3.923 μB)是最大的.较多的电荷转移以及Mn原子的4s, 3d态和Si原子的3s, 4p态的较强杂化是导致Mn原子磁矩减小的原因.当n≥7时,SinMn 的总磁矩是1 μB.     

立方钙钛矿RbZnF3电子、弹性和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论和赝势平面波方法研究了立方钙钛矿RbZnF3的电子结构和光学性质;利用静水有限应变技术计算研究了RbZnF3弹性常数Cij、体积弹性模量B和剪切模量G随压力的变化关系。基态下,RbZnF3晶格常数a和体积弹性模量B0计算值与实验值以及其他理论值一致。根据能带结构、总态密度以及分波态密度分析可知：基态下立方钙钛矿结构RbZnF3为间接带隙半导体材料,带隙为3.57eV,与其他计算结果比较,本文计算结果偏低,这是由于局域密度近似(LAD)或广义梯度近似(GGA)交换关联函数的局限性所致。基态下RbZnF3的Mulliken电荷分布和集居数说明：RbZnF3属于共价键和离子键所形成的混合键化合物;RbZnF3的电荷总数主要来源于Rb 4s和4p轨道,Zn 3d轨道,以及F 2s和2p轨道。电荷主要从Rb, Zn原子向F原子转移。同时,本文还计算研究了RbZnF3的光学介电函数、吸收系数、复折射率、能量损失谱和反射系数等光学性质。     

稀土La掺杂CrSi_2电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对稀土La掺杂CrSi2的几何结构,电子结构和光学性质进行了计算与分析.结果表明,La掺杂后,CrSi2的晶格常数a,b和c均增大,晶格体积增大.La掺杂导致费米面进入价带,带隙明显变窄仅为0.07eV;在费米面附近,La原子的5d层电子态密度只占总态密度很小的一部分,而总态密度仍然由Si的3p层和Cr的3d层电子的分波态密度决定;La掺杂后CrSi2的静态介电常数ε1(0)由28.98增大为91.69,ε2(ω)的两个介电峰均向低能方向偏移且增强,光学吸收边向低能方向移动,吸收峰减小.计算结果为CrSi2材料掺杂改性的实验研究提供了理论依据.     

稀土La掺杂CrSi2电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法, 对稀土La掺杂CrSi2的几何结构, 电子结构和光学性质进行了计算与分析. 结果表明, La掺杂后, CrSi2的晶格常数a, b 和c均增大, 晶格体积增大. La掺杂导致费米面进入价带, 带隙明显变窄仅为0.07eV; 在费米面附近, La原子的5d层电子态密度只占总态密度很小的一部分, 而总态密度仍然由Si的3p层和Cr的3d层电子的分波态密度决定; La掺杂后CrSi2的静态介电常数ε1(0)由28.98增大为91.69, ε2(ω)的两个介电峰均向低能方向偏移且增强, 光学吸收边向低能方向移动, 吸收峰减小. 计算结果为CrSi2材料掺杂改性的实验研究提供了理论依据.