高压对Ti2AlX(X=C,N)结构、弹性和电子性质的影响

采用第一性原理方法,对比研究了Ti2AlC和Ti2AlN在高压下的结构、弹性和电子性质.结果表明,Ti2 AlC和Ti2AlN的品格常数a、c和体积V均随着外压的增大减小,但二者变化规律略有不同,都体现了材料的各向异性.通过对弹性常数、体模量、剪切模量、杨氏模量等弹性性质的分析,发现它们均随外压的增加而增大,并验证了Ti2AlC和Ti2AlN在0～50 GPa范围内的力学稳定性.此外,还从电子态密度的角度考察了Ti2AlC和Ti2AlN的电子性质,认为它们均具有共价键和金属键的双重特性,并发现在0 ～ 50 GPa范围内压力对态密度影响较小.本文计算结果与已有实验值和理论值吻合较好.     

铁磁态Co基层状氧化物Ca2Co2O5电子状态的研究

采用平面波超软赝势法研究了低自旋状态Co基典型层状氧化物Ca2Co2O5的电子结构.结果表明,层状Co基氧化物Ca2Co2O5呈金属型能带结构,具有明显的各向异性,能带中含有5个子能带,其中费米能附近的能带数量较多,呈较宽的带状分布.自旋向上的电子形成半导体型能带,带隙宽度为0.37 eV,自旋向下的电子形成金属型能带.系统内部的电子对态密度贡献程度依s,p,d依次增大.Ca的电子形成的态密度对费米能附近的值贡献非常小,Co的d态电子对两层态密度贡献较大,其对系统电性能起着重要作用,且系统Co-O之间存在着较强的相互作用.Ca-Co-O层中的各态电子对态密度的贡献大于Co-O层中的各态电子对态密度的贡献.     

BiF3弹性性质和电子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计算方法对BiF3的结构、弹性和电子性质进行了研究.计算表明,正交的Pnma结构是零压下的最稳定结构.在0~45 GPa压力区间内,Pnma结构都是力学稳定的.BiF3是脆性材料,有较强的弹性各向异性特征.零压下体模量、剪切模量和杨氏模量分别为27.9 GPa,25.7 GPa和58.9 GPa,泊松比为0.15,德拜温度是244 K.电子性质的研究表明,零压下BiF3的带隙为4.69 eV,随着压强的升高,导带向高能方向移动,价带向低能方向移动.化学键是共价键和离子键的混合.     

超硬B-C-N化合物晶体和电子结构的第一性原理研究

基于第一性原理,利用密度泛函理论(DFT)在广义梯度近似(GGA)下的从头计算平面波超软赝势方法,从超硬材料BeCN2的结构(I-42d)出发,设计了B-C-N三元化合物,计算了弹性常数、声子谱、态密度、理论维氏硬度和高压下的物性变化.结果表明:四方结构B-C-N三元化合物有B2CN、BC2N和BCN2三种不同晶胞,其中BC2N力学稳定性和动力学稳定性较好.BC2N体积模量高达338 GPa,晶体结构中存在金属键,具有很强的共价键.BC2N的维氏硬度为49.0 GPa,属于超硬材料.压缩率低于超硬材料cg-CN,杨氏模量、体积模量、剪切模量和泊松系数均随外压的增大而增大,反映出结构的刚性、抗横向、切向及纵向形变能力增强.     

CaMnO3晶体材料力学性能的研究

基于密度泛函理论和Birch-Murnaghan状态方程系统分析研究了CaMnO3晶体材料的弹性常数、体弹模量、剪切模量和力学性质.结果表明,CaMnO3晶体材料具有较大的C11和C22,其还具有较大的体弹模量和剪切横量,具有一定的弹性各向异性.其杨氏模量高达219.62 GPa,较不易发生弹性形变.CaMnO3晶体材料具有较小的泊松比和体剪模量比,表明其极强的脆性,其硬度也达到28.255 GPa.CaMnO3晶体材料内部电子局域化较强,价带电子具有较大的有效质量,Mn与O之间的弱共价性结合可能是其高硬度和高剪切模量的原因.     

立方晶系Ca2Si声子色散和热力学性质的第一性原理计算

采用模守恒贋势和超软贋势两种方法分别计算立方晶系Ca2Si的声子色散关系、声子态密度和热力学特性.运用线性响应方法和有限位移方法确定立方晶系Ca2Si的声子色散关系和声子态密度,得到立方晶系Ca2Si的声子振动模式是各向异性,且立方晶系的Ca2Si是不稳定结构.在声子色散关系确定的基础上分别计算定容热容、焓、熵和自由能随温度的变化关系,得到Cv-T曲线在低温条件下符合德拜第三定律;当T=1000K时,立方晶系Ca2Si的热熔Cr=21J·mol-1 ·K-1;在高温条件下,随着温度的增加Cv→3R.通过分析声子色散、振动关系和热力学特性得到立方晶系Ca2Si的振动系统由声子和电子组成.     

P和Al掺杂立方相Ca2Si电子结构及光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超软贋势方法,分别计算了立方相Ca2Si及掺杂P、Al的电子结构和光学性质.结果表明:立方相Ca2Si是带隙为0.55483 eV的直接带隙半导体,价带主要由Si的3p和Ca的3d、4s态电子构成,导带主要由Ca 的3d、4s和Si的3p态电子共同构成,静态介电常数为11.92474,折射率为3.45322.Ca2Si掺P后,Ca2Si转变为n型半导体,其带隙值是0.42808 V,价带主要由Si、Al的3p和Ca的3d、4s态电子构成,导带主要由Ca的3d、Al的3p、3s和Si的3p态电子构成.静态介电常数为7.92698,折射率为2.81549.掺Al后, Ca2Si转变为n型半导体,带隙值是0.26317 eV,费米面附近的价带主要由Si、P的3p和Ca的3d态电子构成,导带主要由Ca的3d 4s、P的3p、3s和Si的3p态电子构成.静态介电常数为17.02409,折射率为4.12603.掺P和Al均降低Ca2Si的反射率,提高Ca2Si的吸收系数,提高Ca2Si的光利用率.说明掺杂能够有效地改变Ca2Si的电子结构和光学性质,为Ca2Si材料的研发和应用提供理论依据.     

压强效应下Ba2YNbO6的弹性性质与电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,计算了不同压强下立方结构双钙钛矿氧化物Ba2YNbO6的弹性性质与电子结构.计算结果表明:平衡状态下Ba2YNbO6为延展性材料,且延展性随压强的增大而提高;弹性常数,弹性模量和泊松比均随压强的增大近线性增大;Ba2YNbO6为直接带隙半导体,平衡状态下带隙宽度为2.55 eV,且带隙值随压强的增大而减小;费米面附近的能带主要由O 2p,Nb 4d和Y 4d层的电子态密度确定,增大压强使态密度峰有偏离费米面的趋势,并且态密度展宽,峰发生劈裂.     

Ca掺杂ZnO氧化物的电子结构与电性能研究

基于密度泛函理论广义梯度近似第一性原理计算的方法,系统研究了Ca掺杂ZnO氧化物的晶格结构和电子结构,在此基础上分析了其电学性能.结果表明,Ca掺杂ZnO晶胞减小.Ca掺杂氧化物仍为直接带隙半导体材料,带宽达1.5 eV.掺杂体系费米能级附近的能带主要由Cas态、Cap态、Znp态和Op态电子构成,其中p态电子对价带态贡献最大,且Cas态、Znp态和Op态电子之间存在着更强的相互作用.Ca掺杂ZnO氧化物费米能级EF附近载流子浓度增加,运动速度减小,有效质量增加,导电机构为Cas态、Znp态和Op态电子在价带与导带的跃迁,具有更高的电导率,较高的Seebeck系数和综合电性能.     

(TiO_2)_n(n=3~8)团簇的几何结构和电子性质研究

采用广义梯度近似(GGA)方法,对(TiO2)n(n=3~8)团簇进行了结构优化,计算并分析了其几何结构,平均结合能,能级,态密度以及最高占据分子轨道-最低未占据分子轨道(HOMO-LUMO)的电子云密度分布。结果表明:随着n的增加,TiO2团簇(除了(TiO2)7团簇外)的平均结合能都在逐渐缓慢增加。(TiO2)n(n=4~8)团簇的HOMOLUMO能隙随n的增大而减小,而HOMO能量随n的增大而增加。(TiO2)n(n=3~8)团簇的HOMO的电子云主要集中在悬挂及连接的氧原子上,相反,LUMO上的电子云主要集中在钛原子以及少量部分氧原子上。