YPd3X(X=B,C)晶体结构、弹性性质与电子结构的第一性原理研究

在广义梯度近似(GGA)和GGA+ U(在位库仑势)下,采用第一性原理方法系统地研究了三元过渡金属硼碳化合物YPd3 X(X=B,C)的晶体结构、弹性性质、电子结构和成键特性.计算的晶格参数和体弹性模量均与报道的实验结果吻合,而YPd3 X(X=B,C)的弹性参数计算值则表明YPd3C的硬度大于YPd3B.根据晶体机械稳定标准得到YPd3B和YPd3C的失稳临界压强分别约为16.5 GPa和23 GPa.由Pugh经验关系可知YPd3X(X=B,C)均属于韧性材料,且YPd3B的韧性略高于YPd3C.电子能带结构分析表明YPd3B和YPd3C均具有金属特性,且导电能力相当.由态密度和电荷密度分析得知,X与Pd之间形成较强的共价键,而Y与Pd3X之间形成离子键,化学键键能的不同是两种材料的弹性参数存在差异的内在原因.上述的研究结果为YPd3X(X=B,C)的力电材料的设计和应用提供了一定的理论依据.     

第一性原理研究厚度和空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构与光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,在局域密度近似（ LDA）下研究了Si纳米层厚度和O空位缺陷对Si／SiO2界面电子结构及光学性质的影响．电子结构计算结果表明：在0.815～2.580nm的Si层厚度范围内, Si／SiO2界面结构的能隙随着厚度减小而逐渐增大,表现出明显的量子尺寸效应,这与实验以及其他理论计算结果一致;三种不同的O空位缺陷的存在均使得Si／SiO2界面能隙中出现了缺陷态,费米能级向高能量方向移动,且带隙有微弱增加．光学性质计算结果表明：随着Si纳米层厚度的减小, Si／SiO2界面吸收系数产生了蓝移; O空位缺陷引入后,界面光学性质的变化主要集中在低能区,即低能区的吸收系数和光电导率显著增加．可见,改变厚度和引入缺陷能够有效地调控Si／SiO2界面体系的电子和光学性质,上述研究结果为Si／SiO2界面材料的设计与应用提供了一定的理论依据．     

Gd2Co2Al电子结构和磁性的第一性原理研究

从第一性原理出发,在局域自旋密度近似(LSDA)和LSDA+U(在位库仑能)近似下,采用FPLAPW密度泛函能带计算方法研究了Gd2Co2Al的电子结构和磁性.从平均场近似出发,估算了体系的居里温度,并分析了导致体系居里温度偏低的原因.研究结果显示Gd2Co2Al为金属导体,其强的铁磁性的提供者主要是Gd,且Co的局域铁磁性是不稳定的.基于LSDA近似的计算表明Gd2Co2Al呈现亚铁磁性,因为Co与Gd两者磁矩反平行排列.考虑在位库仑能修正的LSDA+U方法则发现一个适当的在位库仑能(U=3.0eV)使体系从亚铁磁态转变为铁磁态,此时Co原子磁矩基本为零与实验结果更为相符.在位库仑能的变化对Co原子磁矩以及磁性原子的能级分布影响较大,但对Gd的磁性基本无影响.由于体系5d-3d态杂化和在位库仑排斥作用竞争使得Co原子磁矩呈现出波动性的特性.     

Gd2Co2Al电子结构和磁性的第一性原理研究

从第一性原理出发，在局域自旋密度近似(LSDA)和LSDA+U(在位库仑能)近似下，采用FPLAPW密度泛函能带计算方法研究了Gd₂Co₂Al的电子结构和磁性. 从平均场近似出发，估算了体系的居里温度，并分析了导致体系居里温度偏低的原因.研究结果显示Gd₂Co₂Al为金属导体，其强的铁磁性的提供者主要是Gd，且Co的局域铁磁性是不稳定的. 基于LSDA近似的计算表明Gd₂Co₂关键词： 稀土过渡族金属间化合物 密度泛函理论 电子结构 磁性性质     

Theoretical study of electromechanical property in a p-type silicon nanoplate for mechanical sensors

Electromechanical property of a p-type single-crystal silicon nanoplate is modelled by a microscopic approach where the hole quantization effect and the spin-orbit coupling effect are taken into account. The visible anisotropic subband structures are calculated by solving self-consistently the stress-dependent 6×6 k.p Schrodinger equation with the Poisson equation. The strong mixing among heavy, light, and split-off holes is quantitatively assessed. The influences of the thickness and the temperature on the piezoresistive coefficient are quantitatively investigated by using the hole concentrations and the effective masses from the complex dispersion structure of the valence band with and without stresses. Our results show that the stress determines the extent to which the band is mixed. The hole quantization effect increases as the thickness decreases, and therefore the valence band is strongly reshaped, resulting in the size-dependent piezoresistivity of the silicon nanoplate. The piezoresistive coefficient increases almost 4 times as the thickness reduces from the bulk to 3 nm, exhibiting a promising application in mechanical sensors.     

尺寸相关的弹性常数对应变硅纳米线电学性质的影响

从Keating模型出发,基于离散化思想建立了计算单晶硅纳米线弹性常数和杨氏模量的半连续原子晶格力学模型. 从微扰理论和形变势理论出发,采用有限差分方法建立了计算不同晶向应变硅纳米线价带结构的数值模型. 结合上述的两个计算模型,进而应用经典弹道传输模型研究了轴向应力和弹性常数对p型硅纳米线弹道晶体管电学特性的影响. 研究结果表明,硅纳米线的弹性常数和杨氏模量呈现尺寸效应,该结果与分子动力学的模拟结果具有很好的一致性. 同时发现尺寸相关的弹性常数对硅纳米线晶体管输运电流的影响强烈依赖于单轴应力对输运电流的影 关键词： 应变硅纳米线 弹性常数 弹道电流 价带结构模型     

掺杂Si/SiO_2界面电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,在局域密度近似(LDA)下研究了B掺杂Si/SiO_2界面及其在压强作用下的电子结构和光学性质.能带的计算结果表明:掺杂前后Si/SiO_2界面均属于直隙半导体材料,但掺B后界面带隙由0. 74 eV减小为0. 57 eV,说明掺B使材料的金属性增强;对B掺杂Si/SiO_2界面施加正压强,发现随着压强不断增大,Si/SiO_2界面的带隙呈现了逐渐减小的趋势,并且由直隙逐渐转变为间隙.光学性质的计算结果表明:掺B对Si/SiO_2界面在低能区(即红外区)的介电函数虚部、吸收系数、折射率以及反射率等光学参数有显著影响,且在红外区出现新的吸收峰;对B掺杂Si/SiO_2界面施加正压强,随着压强增大,红外区的吸收峰逐渐消失,而在紫外区出现了吸收峰.上述结果表明,对Si/SiO_2界面掺B及施加正压强均可调控Si/SiO_2界面的电子结构与光学性质.本文的研究为基于Si/SiO_2界面的光电器件研究与设计提供一定的理论参考.     

Mechanical properties of silicon nanobeams with undercut evaluated by combining dynamic resonance test and finite element analysis

Mechanical properties of silicon nanobeams are of prime importance in nanoelectromechanical system applications. A numerical experimental method of determining resonant frequencies and Young's modulus of nanobeams by combining finite element analysis and frequency response tests based on an electrostatic excitation and visual detection by laser Doppler vibrometer is presented in this paper. Silicon nanobeams test structures are fabricated from silicon-on-insulator wafers by using a standard lithography and anisotropic wet etching release process, which inevitably generates the undercut of the nanobeam clamping. In conjunction with three-dimensional finite element numerical simulations incorporating the geometric undercut, dynamic resonance tests reveal that the undercut significantly reduces resonant frequencies of nanobeams due to the fact that it effectively increases the nanobeam length by a correct value Δ L, which is a key parameter that is correlated with deviations in the resonant frequencies predicted from the ideal Euler-Bernoulli beam theory and experimentally measured data. By using a least-square fit expression including Δ L, we finally extract Young's modulus from the measured resonance frequency versus effective length dependency and find that Young's modulus of silicon nanobeam with 200-nm thickness is close to that of bulk silicon. This result supports that the finite size effect due to surface effect does not play a role in mechanical elastic behaviour of silicon nanobeams with the thickness larger than 200 nm.     

应变石墨烯纳米带谐振特性的分子动力学研究

从动势能转换与守恒原理出发,在微正则(NVE)系综下,采用COMPASS力场对石墨烯纳米带及其应变传感器的谐振特性进行了分子动力学模拟.研究发现,非线性响应主导了石墨烯纳米带的动态行为,而其超高的基波频率则与长度和边界条件密切相关;单轴拉伸应变对石墨烯纳米带基波频率的影响显著且强烈依赖于边界条件,四边固支型应变石墨烯纳米带具有更高的频移,其灵敏度可高达7800 Hz/nanostrain,远大于相同长度碳纳米管应变传感器的灵敏度;石墨烯纳米带及其应变传感器的谐振特性均与手性无关.本文所得结果表明,由于超低 关键词： 石墨烯纳米带 分子动力学 应变 基波频率     

掺杂BaHfO3电子结构与力学性能的第一性原理研究

在广义梯度近似(GGA)下,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了掺杂对BaHfO3的电子结构与力学性能的影响.电子结构计算表明:优化的BaHfO3晶格常数与实验值吻合较好,BaHfO3为一种间接带隙的绝缘体材料.掺杂Sr和Ti后该材料仍为间接带隙材料,Ba0.5Sr0.5HfO3的带隙增大,绝缘体特征增强,而BaHf0.5Ti0.5O3的带隙显著减小,呈现出半导体材料的特征.由态密度分析可知,掺杂后带隙的变化主要是由于导带底的移动造成的.力学性能分析表明:与BaHfO3相比,Ba0.5 Sr0.5 HfO3的剪切模量和杨氏模量均明显减小,材料硬度减弱;BaHf0.5Ti0.5O3的剪切模量及杨氏模量均明显增大,材料硬度增强.电子密度分布分析揭示了掺杂改变体系价电子浓度的分布情况,使BaHfO3的价健特性发生了变化,这是材料硬度改变的内在原因.可见,掺杂能够有效地调控体系的硬度,该研究结果为掺杂BaHfO3力电材料的设计与应用提供了理论依据.