Lu2Ti2O7和Lu2TiO5陶瓷材料的Kr离子辐照损伤研究

钛酸盐因其优异的物理化学性能,可作为高放射性核废物（HLW）和锕系元素（钚）的重要候选固化材料之一。采用传统的陶瓷烧结工艺制备了多晶的Lu₂Ti₂O₇和Lu₂TiO₅陶瓷材料。在室温下,用800 keVKr2+对两种材料进行辐照,辐照后的样品采用GIXRD进行表征,观察到两种样品都经历了先肿胀、然后再发生非晶相变的过程。不同的是Lu₂Ti₂O₇的晶格肿胀程度大于Lu₂TiO₅。另外,Lu₂TiO₅样品的辐照到2×10₁₄ ions/cm₂时非晶含量达95.54%,而Lu₂Ti₂O₇样品在此剂量下非晶含量只有74.66%。通过第一性原理计算了Lu₂Ti₂O₇晶体的晶格肿胀随反位浓度的变化关系,结果表明,Lu₂Ti₂O₇出现非晶前的晶格肿胀主要由阳离子反位导致,而Lu₂TiO₅是无序的萤石结构,其辐照所导致的晶格肿胀不含阳离子反位的贡献,晶格肿胀程度较低。     

H掺杂α-Fe2O3的第一性原理研究

α-Fe₂O₃是一种重要的磁性半导体材料, 在电子器件中应用广泛, 具有重要的研究意义. 本文基于密度泛函理论, 采用GGA+U方法, 应用第一性原理对间隙H掺杂前后的六方相α-Fe₂O₃的晶格常数、态密度、Bader 电荷分布进行了计算分析. 研究了U值对结果的影响, 发现U=6 eV时, 体相α-Fe₂O₃的晶胞平衡体积、Fe原子磁矩、带隙值与实验值最符合. 在选取合适U值后, 第一性原理计算结果表明, H掺杂后, 间隙H部分被氧化, 其最近邻的Fe 和O部分被还原, H和O有一定程度的成键. 在费米面附近, 出现了新的杂化能级, 杂化能级扩展了价带顶的宽度, 同时导带底下移, 引起带隙减小, 表明H掺杂是一种有效的能带结构调控方法.     

Ge,Al掺杂锰硅化和物Mn4Si7的第一性原理计算

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,对本征Mn₄Si₇以及Ge, Al单掺杂和共掺杂Mn₄Si₇的晶体结构,能带结构,态密度以及光学性质进行了计算和分析.计算结果表明:本征态Mn₄Si₇的禁带宽度为0.810 eV,为直接带隙半导体材料,掺杂后晶体结构稍微变化,禁带宽度减小,且共掺杂时禁带宽度最小,电导率最好.Al以及Ge, Al共同掺杂时会产生杂质能级.掺杂后光子能量向低能级方向移动,光电导率,光吸收,反射系数都有所增大,说明掺杂改善了Mn₄Si₇的光学性质,从而可以提高光伏发电效率.     

杂质对Nb2GeC性质影响的第一性原理研究

为进一步研究Nb₂GeC在辐照环境中的稳定性, 本文研究了O, H和He杂质在Nb₂GeC中的稳定情况. 所有杂质的研究都是从替代和间隙两个方面来进行的, 计算得到了替代和间隙的形成能, 存在替代和间隙时Nb₂GeC的晶格常数, 以及单胞体积, 并且与完美的晶胞进行了比较. 此外, 通过电荷密度分布和Mulliken 布居, 分析了O, H, He杂质对Nb₂GeC 的电子性质的影响.     

Co掺杂BiFeO3的第一性原理研究

采用密度泛函理论结合投影缀加波（PAW）方法,研究了具有钙钛矿结构的BiFeO₃材料及对BiFeO₃进行B位Co元素替代掺杂得到的BiFe_075Co_025O₃材料的磁结构、电子结构、能带结构.结果表明：Co的掺入不破坏原有的钙钛矿结构,对材料铁电性影响不大;掺杂导致原有的G型反铁磁序发生变化,形成了亚铁磁序的磁结构,材料的铁磁性有了很大提高;然而,Co杂质的掺入使材料的绝缘性有所减弱. 关键词： 第一性原理计算 3')" href="#">Co掺杂BiFeO₃ 铁磁性     

Ti掺杂NbSe2电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法, 计算了理想2H-NbSe₂和Ti掺杂2H-NbSe₂晶体的几何结构及电子结构; 对掺杂前后超胞的能带图、态密度及分波态密度图进行了分析. 结果表明, 掺杂后费米能级附近能量区域的电子态密度出现了较高的峰值, 且费米能级位置发生了改变. 理论上可以认为Ti的掺杂会使得NbSe₂的导电性增强, 有利于开发新型的电接触复合材料.     

四方相BaTiO3缺陷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方法,研究了BaTiO₃在四方相下的各种缺陷性质.计算结果表明,在富氧环境下,钛的中性氧空位、分肖特基缺陷2V^3-_Ti+3V²⁺_O形成能分别为最低;而当体系处在还原环境下时,氧空位逐渐成为主要缺陷,其形成能最低.由于四方相下存在较强的Ti—O键共价杂化,四方相下全肖特基缺陷V^2-_Ba关键词： 缺陷 第一性原理 3')" href="#">BaTiO₃     

Si掺杂β-Ga2O3的第一性原理计算与实验研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势(USPP)法, 在广义梯度近似(GGA)下计算了本征β-Ga₂O₃和Si掺杂β-Ga₂O₃的能带结构、电子态密度、差分电荷密度和光学特性. 在蓝宝石衬底(0001)晶面上用脉冲激光沉积(PLD)法制备了本征β-Ga₂O₃和Si掺杂β-Ga₂O₃薄膜, 测量了其吸收光谱和反射光 关键词： 第一性原理 超软赝势 密度泛函理论 2O₃')" href="#">Si掺杂β-Ga₂O₃     

P掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理对不同P掺杂形式(P替位Ti, P替位O, 间隙P)的锐钛矿相TiO₂的晶格常数、电荷布居、能带结构、分态密度和吸收光谱进行了计算. 结果表明, P替位Ti时, TiO₂体积减小, P替位O和间隙P的存在使TiO₂的体积膨胀; 替位Ti的P和间隙P均有不同程度的氧化, 而替位O的P带有负电荷. 三种P掺杂形式均导致锐钛矿相TiO₂禁带宽度的增大, 并在TiO₂禁带之内引入了掺杂局域能级. P掺杂导致TiO₂禁带宽度增大的程度依次为: 间隙P>P替位Ti>P替位O. 吸收光谱的计算结果表明, P替位Ti并不能增强TiO₂的可见光吸收能力, 但间隙P的存在大幅提高了TiO₂的可见光光吸收能力, 间隙P有可能是造成实验上P掺杂增强锐钛矿相TiO₂光催化活性的重要原因. 关键词： P掺杂 2')" href="#">锐钛矿相TiO₂ 第一性原理     

N掺杂锐钛矿TiO2光学性能的第一性原理研究

用平面波赝势方法(PWP)计算了N掺杂锐钛矿型TiO₂前后的光学特性,即介电函数虚部ε₂(ω)，光学吸收系数I(ω)和反射率R(ω). 并从能带结构上解释了为什么掺N后锐钛矿型TiO₂的光学谱在2.93，3.56和3.97eV处相对掺杂前会出现3个峰值的原因. 从光谱图上分析得出，掺杂后TiO₂要发生红移现象，实验现象证实了这一结果. 关键词： N掺杂 2')" href="#">锐钛矿型TiO₂ 光学性能 第一性原理     

Ce:Lu2Si2O7闪烁晶体的结构和光谱特性

采用中频感应提拉法生长出Ce:Lu₂Si₂O₇（Ce:LPS） 晶体. 通过x射线粉 末衍射分析，晶体结构属单斜晶系的C2/m空间群. 光学显微镜下可观测到晶体的（110 ）解理. 在室温下测试了Ce:LPS晶体的吸收光谱、激发光谱和发射光谱. 结果表明，Ce:LPS 晶体的吸收峰只有两个，分别位于302和349 nm，且与激发峰的位置一致，归因于Ce³⁺ 的4f¹→5d¹跃迁的特征吸收所致. 发射光谱具有Ce^{3+< /sup>典型的双峰特征 ，经Gaussian多峰值拟合，带状谱是由384和407 nm两个发射峰叠加而成，且后者的强度明 显高于前者. 关键词： 2Si₂O₇')" href="#">Ce:Lu₂Si₂O₇ 提拉法 晶体结构 光学 特性}     

Structural study of the Lu2Si2O7-Sc2Si2O7 system

Different compositions in the Lu₂Si₂O₇-Sc₂Si₂O₇ system have been synthesized following the ceramic method. All XRD patterns are compatible with the thortveitite structure (β-RE₂Si₂O₇ polymorph). Unit cell parameters change linearly with composition, which indicates a complete solid solubility of Sc₂Si₂O₇ in Lu₂Si₂O₇. ²⁹Si MAS NMR spectra show a decrease of the ²⁹Si chemical shift with increasing Sc content. A correlation reported in the literature to predict ²⁹Si chemical shifts in silicates is applied here to obtain the theoretical variation in ²⁹Si chemical shift values in the system Lu₂Si₂O₇-Sc₂Si₂O₇ and the results compare favourably with the values obtained experimentally. The FWHM values of the ²⁹Si MAS NMR curves indicate a random distribution of Lu and Sc in the structure of the intermediate members. Finally, the IR study of the system confirms the solubility of Sc₂Si₂O₇ in Lu₂Si₂O₇, showing the splitting of several modes in the intermediate members and a linear shift of the frequency on going from one end-member to the other.     

EPR study of Ce ions in lutetium silicate scintillators Lu2Si2O7 and Lu2SiO5

Two Ce³⁺-doped scintillator crystals, LSO (Lu₂SiO₅:Ce) and LPS (Lu₂Si₂O₇:Ce), are studied by EPR spectroscopy. The analysis indicates that Ce³⁺ substitutes for Lu³⁺ ion in a C₂-symmetry site for LPS and in two C₁-symmetry sites for LSO, with a preference for the largest one, with 6+1 oxygen neighbors. Angular dependence of the EPR spectrum shows that the electronic ground state of Ce³⁺ is different in these two matrices. It is mainly composed of |M_J|=5/2 state in LPS and |M_J|=3/2 state in LSO. The temperature dependence of the linewidth shows a noticeably long spin lattice relaxation time, especially in LPS, which is the result of a stronger crystal field in LPS than in LSO.     

Ru2Si3在应力作用下的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论(Density functional theory)赝势平面波方法,对应力下Ru2Si3的电子结构和光学性质进行了理论计算和比较.计算结果表明:随着正应力的逐渐增大,导带向高能方向移动,带隙Eg明显展宽;随着负应力的逐渐增大,带隙缓慢减小并且始终为直接带隙.光学性质曲线随着负应力的不断...     

First-principles calculation of structural and electronic properties of pyrochlore Lu2Sn2O7

A Density functional theory method within generalized gradient approximation has been performed to obtain the static lattice parameters, oxygen positional parameter, bond length and bond angle and electronic properties of ideal Lu₂Sn₂O₇ pyrochlore. The results are in excellent agreement with available experimental measurements. Density of states (DOS) of this compound was presented and analysed. We also notice the presence of the hybridization between oxygen and Lu metal. The band structure calculations show that the compound has direct band gap of 2.67 eV at the Γ point in the Brillouin zone and this indicates that the material has a semi-conducting feature.     

New compounds Yb2Fe3O7 and Lu2Fe3O7

New compounds A₂Fe₃O₇ (A = Yb and Lu) were synthesized under low oxygen partial pressures at 1200°C, and their possible space group and lattice constants were determined.     

Li2C2中电声耦合及超导电性的第一性原理计算研究

通过第一性原理密度泛函和超导Eliashberg理论计算, 我们研究了Li₂C₂在Cmcm相的电子结构和电声耦合特性, 预言这种材料在常压和5GPa下是由电声耦合导致的转变温度分别为13.2 K 和9.8 K的超导体, 为实验上探索包含一维碳原子链的材料中是否可能存在超导电性、发现新的超导体提供了理论依据. 如果理论所预言的Li₂C₂超导电性得到实验的证实, 这将是锂碳化物中转变温度最高的超导体, 高于实验观测到的LiC₂的1.9 K和理论预言的单层LiC₆的8.1 K超导转变温度.     

Intrinsic ultraviolet luminescence from Lu2O3, Lu2SiO5 and Lu2SiO5:Ce

Radioluminescence and thermally stimulated luminescence measurements on Lu₂O₃, Lu₂SiO₅ (LSO) and Lu₂SiO₅:Ce³⁺ (LSO:Ce) reveal the presence of intrinsic ultraviolet luminescence bands. Characteristic emission with maximum at 256 nm occurs in each specimen and is attributed to radiative recombination of self-trapped excitons. Thermal quenching of this band obeys the Mott-Seitz relation yielding quenching energies 24, 38 and 13 meV for Lu₂O₃, LSO and LSO:Ce, respectively. A second intrinsic band appears at 315 nm in LSO and LSO:Ce, and at 368 nm in Lu₂O₃. Quenching curves for these bands show an initial increase in peak intensity followed by a decrease. Similarity in spectral peak position and quenching behavior indicate that this band has a common origin in each of the samples and is attributed to radiative recombination of self-trapped holes, in agreement with previous work on similar specimens. Comparison of glow curves and emission spectra show that the lowest temperature glow peaks in each specimen are associated with thermal decay of self-trapped excitons and self-trapped holes. Interplay between the intrinsic defects and extrinsic Ce³⁺ emission in LSO:Ce is strongly indicated.