带隙问题:第一性原理电子能带理论研究现状

电子能带结构是材料最基本的性质之一,对于材料的实际应用具有深刻影响。电子能带结构的理论描述一直以来都是第一性原理理论方法中最具挑战性的问题之一。作为材料理论计算"标准模型"的密度泛函理论,在局域密度近似或广义梯度近似下,存在着著名的"带隙问题":半导体材料的理论带隙与实验值相比存在着显著的系统性误差。近年来,以改进对带隙的描述为主要目标之一,密度泛函理论领域有很多重要发展。同时,对于带隙问题,与密度泛函理论紧密相关但又有本质区别的另外一类理论方法是基于格林函数的第一性原理多体微扰理论,其中最为流行的GW方法是当前描述材料的电子能带结构最为准确的第一性原理方法,但一直以来都受限于计算量太大而无法应用于更复杂的体系。本文综述了密度泛函理论和格林函数多体理论在电子能带结构问题上的基本原理、最新进展以及存在的挑战性问题。希望通过比较两种理论框架的异同,为未来可能的发展思路提供启发。     

GW方法: 基本原理, 最新进展及其在d-和f-电子体系中的应用

基于格林函数的多体微扰理论提供了描述材料基态和激发态性质的一个严格理论框架. 格林函数依赖于交换关联自能, 后者满足一组复杂的被称为Hedin方程的积分微分方程. GW方法是由对自能算符根据屏蔽库仑作用做多体微扰理论展开到第一项得到, 是目前描述扩展体系准粒子电子激发性质最为准确的第一原理方法. 本文概述了GW方法的基本原理, 并对最新的理论方法进展在一个统一的框架下进行了评述. 最后, 通过对若干典型实例的分析展示了针对d/f-电子体系的GW方法的现状.     

Erratum to “ Accurate GW0 band gaps and their phonon-induced renormalization in solids”

The derivation of Eq. (28) in the original paper [Chin. Phys. B 30 117101 (2021)] is corrected.     

针对电子极化子迁移的哈伯德U修正受限密度泛函理论方法：TiO2实例研究

极化子的形成和迁移对过渡金属氧化物的物理和化学性质有重要影响. 含哈伯德$U$修正的密度泛函理论和受限密度泛函理论方法经常被应用于小极化子迁移性质的理论研究. 本文在投影缀加波框架中实现了哈伯德$U$修正的受限密度泛函理论(cDFT+U),并将其应用于体相TiO₂中的极化子迁移性质的计算. 确认了哈伯德U的取值对极化子性质的理论预测有重要影响. 采用基于cDFT计算所获得的哈伯德U值,可对TiO₂金红石和锐钛矿相中的极化子性质获得与实验符合很好的描述. 本文表明,使用与理论上一致的方式计算获得的哈伯德U值,cDFT+U有望成为一种有效的不需经验输入而计算过渡金属氧化物极化子性质的第一性原理方法.     

通过具有偏振选择性的紫外/红外混频超快光谱探测有机光电薄膜中的相对分子取向

分子堆积模式是决定电子/能量转移过程的关键因素,影响有机薄膜器件的光电特性. 本文通过具有偏振选择性的紫外/红外混频超快光谱研究了7-(二乙氨基)香豆素-3-羧酸和苝两种有机分子的薄膜. 并利用分子间能量/电子转移引起的信号各向异性变化来计算供体的电子跃迁偶极矩与受体的振动跃迁偶极矩之间的夹角,从而得出两个相邻分子之间的相对取向. 用这种方法测得7-(二乙氨基)香豆素-3-羧酸薄膜的相对取向角为53.4o,接近其单晶结构的60o,苝薄膜的相对取向角为6.2o,也接近其单晶结构的-0.2o. 除了实验中的不确定性,这种方法确定的角度与单晶的角度之间的微小差异还可能源于薄膜样品是多晶的,且其中一些分子是无定形的.     

横隔板对简支梁桥横向动力特性影响的一种简化算法

横隔板在保持桥梁整体性与稳定性、提高桥梁横向刚度与抗扭刚度发挥重要作用。文中基于公路简支梁桥的结构特点与横隔板的作用,着重关注其横向动力特性,讨论了一种简支梁桥横向动力分析模型,并基于瑞利法提出一种计算该模型横向振动基频的简化算法。分析了模型与算法能够有效设定和考虑包括横隔板在内的横向联系结构对简支梁桥横向动力特性的影响,对算法结果与基于ANSYS的结构动力分析数值计算结果进行了比较,验证了该分析模型和简化算法的合理性和有效性。     

超高性能钢纤维增强混凝土力学性能的实验研究

制备出钢纤维体积掺量分别为0%、1%、2%、3%的超高性能钢纤维增强混凝土(UHPSFRC),通过立方体抗压实验、小梁四点弯曲实验,研究钢纤维体积掺量对UHPSFRC抗压、抗弯曲性能的影响。实验结果表明,钢纤维对UHPSFRC有明显的增强、增韧和阻裂作用。抗压强度随着钢纤维体积含量的提高而显著提高,最高可达130MPa。抗弯曲性能在钢纤维体积含量为2%时达到最佳。