高压下Al的零温电子结构和物态方程

 用LMTO法（线性Muffin-Tin轨道法），计算了金属铝的超高压电子结构及零温物态方程。Al的压缩比到10，压力达10 TPa。根据第一原理计算结果，在带结构方面，s带总是处于Fermi能以下，随着压力的增加，s、p和d的带宽增加，随后则杂化程度增加，所以s、d轨道的电子占据数连续变化。上述变化对压力的影响也是连续的，换言之，从s→d转变没有理由说明Al在0.5 TPa附近冲击Hugoniot的斜率的拐弯现象。而这一点则是与Altshuler的观点不同。物态方程的第一原理计算结果表明，bcc结构比fcc结构要软，但因差别不很大，即使发生fcc→bcc的转变，也不会引起Hugoniot的质的变化（拐弯）。Al的LMTO物态方程还表明，我们以前所采用的半经验的冷压误差可达30%。为此，根据LMTO结果，给出新的冷压表达式p=∑_i=0⁵a_iδ^i/3，δ=Ω₀/Ω，其中a₀=-7.327 79，a₁=18.754 3，a₂=10.209 7，a₃=-2.523 53，a₄=-4.787 2，a₅=6.065 94，拟合误差小于3%。     

多形性相变的分子动力学模拟

 本文利用分子动力学方法研究了KCl晶体在ρ＝ρ₀时的温度相变。面心立方（fcc）和体心立方（bcc）两种结构的径向分布函数随温度的变化的情况说明，在高压下，发生着bcc结构相fcc结构的转变，bcc结构是不稳定的。为了选取合理的势参数，利用了分子动力学程序在T＝0时的性质，计算了NaCl和KCl晶体的零温状态方程，研究了它们在压力作用下发生的多形性相变。计算表明，NaCl和KCl晶体将分别于18.8 GPa和5.9 GPa发生从fcc到bcc的多形性相变，这些值相当接近实验结果。着说明本文选用的势参数势有一定精度的。     

Mo高压熔化的分子动力学模拟

 采用第一原理方法计算了钼在零温下的结构,表明钼在500 GPa以下一直保持bcc结构（常温）,与实验一致。在零压附近计算了E-V关系,利用Murnaghan物态方程拟合得到了零压体积及其模量,与实验结果符合得很好。采用第一原理分子动力学模拟了钼的高压熔化性质。采用NVT系综计算了128个原子的系统,初始构形为bcc结构,体积分别为0.015 48、0.012 19、0.010 98、0.009 84、0.009 10 nm³/atom,计算了几个温度点,拟合得到了熔化曲线,熔化温度明显高于金刚石压砧（DAC）实验结果;将初始构形改变为fcc结构,模拟其熔化特性,得到的熔化温度明显下降,与激光加载DAC实验结果一致,认为可能的原因是钼熔化后形成的液体结构类似于fcc结构,而不是常态时的bcc结构。     

外压下ZrN结构相变的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,研究了面心立方(fcc)和体心立方(bcc)结构ZrN的平衡态性质以及不同压力下的弹性性质,计算了fcc和bcc结构ZrN的焓-压关系,讨论了其相对稳定性。通过对总能、焓-压关系、弹性性质以及声子色散关系的分析,推测fcc结构到bcc结构的相变发生在205~235GPa之间。     

室温下压致铁钴镍合金的bcc→hcp相变

 本文采用高压X光衍射方法在金刚石对顶压砧中在位地（in situ）研究了Fe₆₈Co₂₄Ni₈（wt%）合金在室温下的压致bcc→hcp结构相变和直到40.5 GPa的等温压缩行为。实验结果表明该合金在常压下为bcc结构，晶格常数a₀=(0.287 0±0.000 1) nm，体积V₀=(7.119±0.007) cm³/mol，密度ρ₀=(7.981±0.008) g/cm³；在20.9 GPa附近出现bcc→hcp结构相变，两相共存压力区约10 GPa，在此区域内有晶面间距d(002)_hcp=d(110)_bcc，且原子平面(002)_hcp//(110)_bcc，hcp相比bcc相体积减小(0.33±0.02) cm³/mol；高压相hcp结构的晶格参数比值c/a=1.608±0.004；相变后原子配位数的增加使得hcp相(002)平面内及(002)平面间的最近邻原子间距比bcc相最近邻原子间距分别增大约1.6%和0.5%；用Murnaghan状态方程对实验数据进行最小二乘法拟合，得到bcc相B₀=(130±13) GPa，B₀'=12.6±0.5；hcp相V₀=(6.62±0.04) cm³/mol，B₀=(243±21) GPa，B₀'=6.8±0.3；对于该合金的bcc→fcp相变时的结构转变机制做了详细的讨论。     

平均键能Em的物理内涵探讨

在面心立方(fcc)、体心立方(bcc)和六角密堆积(hcp)3种不同结构晶体的自由电子能带模型中,发现4个最低能带与5个次低能带本征值的平均能量(称为平均键能,E_m)与费米能级(E_F)相当接近;并进一步在hcp结构的钛(Ti)、锆(Zr)和铪(Hf)以及bcc结构的铁(Fe)等金属中,采用从头赝势能带计算方法和平均键能计算方法,证实在这些金属的实际能带中,平均键能(E_m)值仍然非常接近于费米能级(E_F)值.该发现有助于进一步了解平均键能(E_m)的物理内涵. 关键词： 平均键能 费米能级 能带结构     

一种由自由电子能带模型计算费米能级的方法

对面心立方（fcc)、体心立方（bcc)和六角密堆积（hcp)三种不同结构的晶体,在假设它们的原胞中包含8个价电子并将价电子近似为自由电子的情况下,采用“自由电子气理论”和“自由电子能带模型”,研究其根据费米球确定的费米能级EF与根据自由电子能带模型计算的平均键能Em。研究结果表明,由自由电子能带模型计算所得3种不同结构晶体（因而电子密度也不一样）的平均键能Em等于各自自由电子系统的费米能级EF。平均键能Em是我们在异质结带阶理论计算中建议的一种参考能级,研究结果在深化对平均键能Em物理实质认识的同时,提供了一种借助于自由电子能带模型计算自由电子系统费米能级EF的新方法。     

高压下Fe从bcc到hcp结构相变机理的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 分别研究了压力作用下Fe从体心立方 (bcc,α 相) 结构到六角密排(hcp, ε相) 结构相变的两种不同的相变机理: 相变过程中出现亚稳定的面心立方(fcc) 结构(bcc-fcc-hcp) , 以及相变过程中没有出现亚稳定的fcc结构(bcc-hcp) . 计算结果表明: 静水压力条件下, 相变过程中并不会产生亚稳定的fcc结构, 这与最近的原位XRD实验测量结果相一致. 随着压力的增加, fcc-hcp的相变势垒逐渐增加, 压力趋向于阻止Fe从fcc结构到hcp结构的相变. 计算得到了相变过程中原子磁性和结构的详细信息, 分析表明相变过程中涉及复杂的磁性转变, 并且讨论了原子磁性对结构转变影响的物理机理. 此外, 对分子动力学模拟中产生亚稳定的fcc结构的原因也进行了讨论. 关键词： 相变机理 静水压力 第一性原理 铁     

金属Li相稳定性的第一性原理研究

Li在常温常压下为体心立方结构(bcc),随着压力和温度的变化会发生结构转变.本文应用第一性原理方法研究了Li的9R,fcc,hcp和bcc四种不同结构相在基态和有限温度下的相对稳定性.计算表明Li在低温时的最稳定相为六角堆垛的9R相,而且随着温度的变化会发生结构相变,最终在高温时(370K)转变为bcc相.     

第一性原理对金的高压相变和零温物态方程的计算

在密度泛函理论下，用缀加平面波加局域轨道方法，分别采用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)对金的面心立方晶格结构(fcc)、体心立方晶格结构(bcc)和六角密堆积结构(hcp)的结构能量进行了计算.在GGA下，计算得出fcc向hcp和hcp向bcc的相变分别发生在380GPa 和1250GPa；而LDA下相变分别发生在490GPa和790GPa.当计算压强达到2TPa时，bcc在这两种近似下仍然保持稳定的结构.根据不同体积下不同结构的电子态密度的特征，对发生相变的物理原因进行了定性的分析，在此基础上得到了金的零温状态方程. 关键词： 缀加平面波方法 固态相变 电子态密度 物态方程     

XAFS和XRD研究高能球磨对Fe70Cu30合金结构的影响

利用XRD和XAFS方法研究机械合金化Fe₇₀Cu₃₀二元金属合金随球磨时间的结构变化.XRD结果表明，球磨2 h后，部分金属Fe与Cu生成Fe-Cu合金；球磨20h后，金属Fe与Cu已完全合金化生成Fe-Cu合金，并只在2θ=44°处出现一个宽化的弱衍射峰，认为是在球磨20h后的Fe₇₀Cu₃₀合金中共存着fcc和bcc结构的Fe-Cu合金相.XAFS结果进一步表明，在球磨的初始阶段(2h)，fcc结构的Cu颗粒的晶 关键词： XAFS XRD 70Cu₃₀合金')" href="#">Fe₇₀Cu₃₀合金 机械合金化     

Crystal structure and interaction dependence of the crystal-melt interfacial free energy

We examine via molecular simulation the dependence of the crystal-melt interfacial free energy gamma on molecular interaction and crystal structure (fcc vs bcc) for systems interacting with inverse-power repulsive potentials, u(r)=epsilon(sigma/r)(n), 6< or =n< or =100. Both the magnitude and anisotropy of gamma are found to increase as the range of the potential increases. Also we find that gamma(bcc)相似文献   

冷速对液态金属Mg凝固过程中微观结构演变的影响

采用分子动力学方法对不同冷速下液态金属镁(Mg)快速凝固过程中的微观结构演变进行了模拟研究.并采用能量-温度(E-T)曲线、双体分布函数、Honeycutt-Andersen键型指数法、原子团簇类型指数法(CTIM-3)以及三维可视化等方法系统地考察了凝固过程中微观结构演变与相转变过程.结果发现:在以冷速为1×10~(11)K/s的凝固过程中,亚稳态bcc相优先形成,随后大量解体,其变化规律符合Ostwald规则,系统最终形成以hcp结构为主体与fcc结构共存,中间还夹杂部分bcc结构的致密晶体结构.在1×10~(12)K/s冷速下,结晶过程呈现迟缓现象,形成bcc结构的初始温度降低,系统形成以hcp居多、与bcc和fcc三相共存的结构,且因相互竞争、相互制约而导致不易形成粗大的晶粒结构.而在1×10~(13)K/s冷速下,系统则形成以1551,1541,1431键型为主的多种非晶态基本原子团组成的非晶态结构.此外,在冷速1×10~(12)与1×10~(13)K/s之间的确存在一个形成非晶态结构的临界冷速.     

Atomistic simulation of fccben bcc phase transition in single crystal Al under uniform compression

By molecular dynamics simulations employing an embedded atom model potential, we investigate the fcc-to-bcc phase transition in single crystal Al, caused by uniform compression. Results show that the fcc structure is unstable when the pressure is over 250 GPa, in reasonable agreement with the calculated value through the density functional theory. The morphology evolution of the structural transition and the corresponding transition mechanism are analysed in detail. The bcc (011) planes are transited from the fcc (111) plane and the (111) plane. We suggest that the transition mechanism consists mainly of compression, shear, slid and rotation of the lattice. In addition, our radial distribution function analysis explicitly indicates the phase transition of Al from fcc phase to bcc structure.     

Formation of bcc-Ni thin film on GaAs(100) substrate and phase transformation from bcc to fcc

Ni thin films are prepared on GaAs(100) single-crystal substrates at room temperature by using an ultra-high vacuum radio-frequency magnetron sputtering system. The growth behavior and the crystallographic properties are studied by in-situ refection highenergy electron diffraction and pole-figure X-ray diffraction. In an early stage of film growth, a metastable bcc Ni(100) single-crystal film is formed on GaAs(100) substrate, where the bcc structure is stabilized through hetero-epitaxial growth. With increasing the film thickness, fcc crystals coexist with the bcc(100) crystal. High-resolution cross-sectional transmission electron microscopy shows that the film consists of a mixture of bcc and fcc crystals and that a large number of planar faults exist parallel to the fcc(111) close-packed plane. The results indicate that the bcc structure starts to transform into fcc structure through atomic displacement parallel to the bcc{110} close-packed planes.     

Co100-xMnx合金在GaAs(001)表面的生长结构和磁性的实验研究

对Co_100-xMn_x合金在GaAs(001)表面的分子束外延生长、晶体结构和磁学性质进行了研究.结果表明,当0100-xMn_x合金薄膜是体材料中不存在的体心立方(bcc)结构,并且具有较强的铁磁性,当44100-xMn_x合金薄膜最初为bcc结构,随着厚度的增加,逐渐从bcc向面心立方(fcc)结构转化,最后成为完全的fcc结构,薄膜具有较 关键词：     

THEORETICAL STRENGTH AND PHASE STABILITY OF Cu AND Ni UNDER [100] UNIAXIAL LOADING

Based on Born's criteria we studied phase stability and theoretical strength of fcc crystals of copper and nickel under [100] uniaxial loading. The calculation was carried out using a simple and completely analytical embedded atom method(EAM) potential proposed by the present authors. For Cu, the calculated value of its theoretical strength (0.33×10¹¹ dyn·cm^-2) agrees well with the experimental value (0.30×10¹¹ dyn·cm^-2), while the calculated strain (9.76%) is somewhat larger than the experimental one (2.8%). For Ni, its theoretical strength and strain predicted using the EAM potential are found smaller than those predicted using a pair potential. It is worthy to note that unlike previous calculations, in which pair potentials were used and three unstressed fcc, bcc, and fct structures included (for Ni only fcc state is found stable, while for Cu both fcc and bcc states are predicted stable), in present calculations using EAM potential the [100] primary loading path passes through only two zeroes (a stable unstressed fcc structure and an unstable stress-free bcc structure) either for Cu or for Ni.     

冷速对液态金属Pb凝固过程中微观团簇结构演变影响的模拟研究

采用分子动力学方法对六种不同冷却速率对液态金属Pb凝固过程中微观团簇结构演变的影响进行了模拟跟踪研究.采用双体分布函数、Honeycutt-Andersen键型指数法、原子团类型指数法(CTIM-2)、平均配位数等方法对凝固过程中微观团簇结构的演变进行了分析.结果表明：系统存在一个形成非晶态或晶态结构的临界冷速(介于5×10¹²与1×10¹²之间),大于这个临界冷速时,系统将形成以1551,1541和1431键型为主的非晶态结构;当小于这个临界冷速时,系统将先形成以1441和1661键型或以bcc基本原子团(14 6 0 8 0 0)为主的晶态结构,并稳定存在一段时间,然后又迅速转变为以1421和1422键型为主或以fcc基本原子团(12 0 0 0 12 0)和hcp基本原子团(12 0 0 0 6 6)以一定比例并存的部分晶态结构;同时发现,冷速对系统中fcc结构和hcp结构的相对比例有明显的影响,冷速越低,fcc结构所占的比例越多,越倾向于形成完美的fcc晶态结构. 关键词： 液态金属铅 凝固过程 团簇结构演变 分子动力学模拟