First-principles calculations of structure and high pressure phase transition in gallium nitride

The phase transitions of semiconductor CaN from the Wurtzite （WZ） structure and the zinc-blende （ZB） structure to the rocksalt （R,S） structure are investigated by using the first-principles plane-wave pseudopotential density functional method combined with the ultrasoft pseudopotentied scheme in the generalized gradient approximation （GGA） correction. It is found that the phase transitions from the WZ structure and the ZB structure to the R,S structure occur at pressures of 46.1 GPa and 45.2 GPa, respectively. The lattice parameters, bulk moduli and their pressure derivatives of these structures of CaN are also calculated. Our results are consistent with available experimental and other theoretical results. The dependence of the normalized formula-unit volume V/V0 on pressure P is also successfully obtained.     

Pressure and Temperature Induced Phase Transition of ZnS from First-Principles Calculations

The pressure induced phase transition of ZnS from the wurtzite （WZ） and the zincblende （ZB） structures to the rocksalt （RS） structure and the temperature induced phase transition from the ZB structure to the WZ structure are investigated by ab initio plane-wave pseudopotential density-functional theory （DFT）, together with the quasiharmonic Debye model. It is found that the zero-temperature transition pressures from the WZ-ZnS and the ZB-ZnS to the RS-ZnS are 17.20 and 17.37 GPa, respectively. The zero-pressure transition temperature from the ZB-ZnS to the WZ-ZnS is 1199 K. All these results are consistent with the available experimental data. Moreover, the dependences of the normalized primitive cell volume V/V0 on pressure and thermal expansion coefficient α on temperature are also obtained successfully.     

极端条件下锆的动力学稳定性研究

过渡金属Zr具有优良的物理、化学及力学性能, 具有广泛的应用价值. 主要通过新近发展的自洽晶格动力学方法, 充分考虑声子间的相互作用, 成功获得了β-Zr的高温高压声子色散曲线, 预测了β-Zr在相图中能够稳定存在的区域, 进一步比较α-Zr, ω-Zr和β-Zr的自由能, 获得了α-β 及ω-β 相变的相边界, 构建了Zr的参考相图. 同时, 也获得了β-Zr的高温状态方程及热膨胀系数, 能够为构建Zr的全区物态方程提供有益的参考.     

从头算自洽晶格动力学研究高压下钛结构相的稳定性

借助能够考虑声子间相互作用的从头算自洽晶格动力学方法,计算了钛的高温声子色散曲线,并通过分析其声子频率,计算了高温高压下的声速,并由声速获得了弹性常数的数据．通过分析声子色散 曲线能够直接获得钛各种相的动力学稳定区域,比较各相的自由能,较为准确地获得了钛的相图．     

高温高压下钼的结构稳定性研究

以钼为代表的一系列过渡金属,在高温高压的相变及结构稳定性研究是实验和理论研究的热点.钼在常温常压下是bcc结构,但是在高温高压下可能的相结构一直未能确定.本文首先预测了几种高压下的结构,并计算了其自由能及力学性质.针对可能的hcp结构,我们通过新近发展的自洽晶格动力学方法,充分考虑声子间相互作用,成功获得了hcp结构高温高压声子色散曲线,结果表明hcp相在热力学及动力学上都是能够稳定存在的结构,是一种可能的高压相.     

First-principles calculations for electronic, optical and thermodynamic properties of ZnS

The electronic, optical and thermodynamic properties of ZnS in the zinc-blende （ZB） and wurtzite （WZ） structures are investigated by using the plane-wave pseudopotential density functional theory （DFT）. The results obtained are consistent with other theoretical results and the available experimental data. When the pressures are above 20.5 and 27 GPa, the ZB-ZnS and the WZ-ZnS are converted into indirect gap semiconductors, respectively. The critical point structure of the frequency-dependent complex dielectric function is investigated and analysed to identify the optical transitions. Moreover, the values of heat capacity Cv and Debye temperature θ at different pressures and different temperatures are also obtained successfully.     

高压下Fe3C的磁性和声速性质

采用基于密度泛函理论的包含自旋极化效应的广义梯度近似方法研究了Fe₃C的高压弹性和声学性质. Fe₃C在压力作用下由铁磁基态转变到非磁性的高压态,相变压力约为73 GPa. 计算了Fe₃C 的Hugoniot线,并根据沿Hugoniot线的弹性常数计算了铁磁状态和非磁性状态的声速. 对比Fe单质,非磁性Fe₃C 的压缩波和剪切波声速与地核的地震波数据更为接近,证实了C元素是构成地核的一种成分.     

第一性原理计算高压下金红石TiO2的结构不稳定性及热学性质

采用第一性原理计算研究了金红石TiO2结构在高压下的不稳定性及热力学性质. 计算的高压下结构参数和零压的声子色散曲线与实验数据十分吻合. 进一步模拟了在不同压力下的声子曲线,在压力下,声子曲线不断软化,？点附近的振动频率不断减小直至虚频,意味着结构的不稳定,根据计算的不同压力下的弹性常数获得了其力学不稳定性,结果表明金红石结构TiO2在压力高于17.7 GPa时变得不稳定. 根据准谐近似,获得了金红石TiO2结构的热力学性质,计算结果与现有的实验数据相一致。     

以布基酚醛塑料为瓦衬的大型轴承系统的优化设计

作者提出了以布基酚醛塑料为瓦衬的大型轴承系统的优化设计方法,通过带油环模拟试验拟定了带油量与其结构参数之间的经验公式。采用优化设计可对在恶劣工况下或油和水润滑下的轴承系统选取最佳参数,以控制轴承温升为最小。这种方法应用简便,对提高轴承性能、节约巴氏合金、降低生产成本都具有较大的实际意义。     

Ce-La-Th合金高压相变的第一性原理计算

采用第一性原理计算对Ce_(0.8)La_(0.1)Th_(0.1)在高压下fcc-bct的结构相变、弹性性质及热力学性质进行了研究讨论.通过对计算结果的分析,发现了合金在压力下的相变规律,压强升高到31.6 GPa附近时fcc相开始向bct相转变,到34.9 GPa时bct相趋于稳定.对弹性模量的计算结果从另一角度反映了结构相变的信息.最后,利用准谐德拜模型对两种结构的高温高压热力学性质进行了理论预测.