高压下BaHfO3电子结构与光学性质的第一性原理研究

从第一性原理出发,在局域密度近似下,采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势计算方法系统地研究了高压对BaHfO₃电子结构与光学性质的影响.能带结构分析表明;无压强和施加正压强作用时,BaHfO₃为直接带隙绝缘体,而施加负压强时,BaHfO₃则转变为间接带隙半导体;BaHfO₃的带隙随压强增加而减小,且具有明显的非线性关系.对光学性质的分析发现:施加正压强后,光学吸收带边产生蓝移;负压强作用时介电函数虚部尖峰减少,光学吸收带边产生红移;施加压强后BaHfO₃的静态介电常数和静态折射率均增大.上述研究表明施加高压有效调制了BaHfO₃的电子结构和光学性质,计算结果为BaHfO₃光电材料的设计与应用提供了理论依据.     

BiTiO3电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的赝势平面波方法, 对BiTiO₃的多种结构进行了计算. 计算结果表明, C1C1结构最为稳定, 对应晶格参数为a=b=5.606 Å, c=9.954 Å; α=β=105.1°, γ=61.2°. 进一步对C1C1结构的BiTiO₃的能带结构、电子性质和光学性质进行了研究, 发现BiTiO₃是间接带隙半导体, 其费米面附近的能带主要由Ti-3d和O-2p层的电子态构成. 通过介电函数、复折射率和反射率等的研究, 发现BiTiO₃的光学性质为近各向同性.     

Zr4Al2高压下热动力学性质的第一性原理研究

本文主要通过平面波赝势密度泛函理论的第一性原理计算方法,采用广义梯度近似（GGA）交换相关函数,研究了六角结构的Zr₄Al₂的EOS态方程和热动力学性质.通过采用了声子效应的准谐近似德拜模型,我们成功得到了晶胞体积V随温度以及V/V₀、德拜温度（?）、热熔C_V随压强P的变化关系.另外,我们还研究了热膨胀系数α及格林参数γ随温度和压强的变化关系,计算结果表明格林参数和热膨胀系数随温度的升高而增加,但是在较高的温度下,热膨胀系数几乎不受温度的影响.     

Ba0.5Sr0.5TiO3电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用第一性原理研究了Ba_0.5Sr_0.5TiO₃的能带结构和光学性质.结果表明,导带和价带都来源于钛原子3d轨道和氧原子2p轨道的杂化.导带主要由钛原子的3d轨道贡献,价带主要由氧原子的2p轨道贡献.吸收系数为10⁵ cm^-1量级,且吸收主要集中在低能区.折射率为n（0）=2.1,结果与实验符合. 关键词： 第一性原理 能带结构 光学性质     

NbSi2奇异高压相及其热力学性质的第一性原理研究

采用基于粒子群优化算法的结构预测程序CALYPSO, 并结合第一性原理的VASP程序, 在175 GPa发现NbSi₂的奇异立方高压相. 在此结构中, Nb原子形成金刚石结构, 而Si原子则形成正四面体镶嵌在金刚石结构中. 声子谱计算结果表明该结构是动力学稳定的. 电子结构分析表明, 六角相和立方相NbSi₂均为金属, 对金属性贡献较大的是Nb原子, 而且Nb和Si原子之间存在明显的p-d杂化现象, 电荷更多地聚集在Si四面体中. 利用“应力应变”方法, 计算了NbSi₂的弹性常数, 分析了其体积模量、剪切模量、杨氏模量和德拜温度等热动力学性质随压力的变化并进行了详细的讨论. 根据剪切模量和体积模量的比值分析了NbSi₂两种相结构的脆性和延展性, 发现压力会导致六角相NbSi₂的延展性增加, 但对立方相结构的延展性影响较小; 采用经验算法计算了NbSi₂两种相结构硬度变化情况, 结合这一比值进行了详细的分析. 弹性各向异性计算结果表明, 随着压力增加, 六角结构的各向异性增强, 而立方结构的各向异性减小.     

高压下LiNbO3晶体电子结构与光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理超软赝势平面方法研究了外界压强对LiNbO3晶体波态密度,能带结构,电荷密度以及光学性质的影响.能带结构计算表明,价带顶主要由O-2p和Nb-4d态电子贡献,导带底主要由Nb-4d态电子贡献,且带隙随着压强的增加而线性增大.利用复介电函数计算了LiNbO3晶体在不同压强下光学性质的折射率、反射率、吸收系数,能量损失函数以及光电导率. 研究发现：外界压强大于10Gpa时,静态折射率保持不变,随外界压强的增加,反射率、吸收函数以及光电导率区间有一定程度的拓宽,损失函数峰发生“蓝移”.研究表明,高压可以有效调控LiNbO3晶体的电子结构和光学性质,为LiNbO3晶体的高压应用提供了有益的理论依据.     

高压下LiNbO_3晶体电子结构与光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理超软赝势平面方法研究了外界压强对LiNbO_3晶体态密度,能带结构,电荷密度以及光学性质的影响.能带结构计算表明,价带顶主要由O-2p和Nb-4d态电子贡献,导带底主要由Nb-4d态电子贡献,且带隙随着压强的增加而线性增大.利用复介电函数计算了LiNbO_3晶体在不同压强下光学性质的折射率、反射率、吸收函数,能量损失函数以及光电导率.研究发现:外界压强大于10GPa时,静态折射率保持不变,随外界压强的增加,反射率、吸收函数以及光电导率区间有一定程度的拓宽,损失函数峰发生"蓝移".研究表明,外界高压可以有效调控LiNbO_3晶体的电子结构和光学性质,为LiNbO_3晶体的高压应用提供了有益的理论依据.     

高压下NH_4ClO_4结构、电子及弹性性质的第一性原理研究

研究高压下NH_4ClO_4的结构和性质对于NH_4ClO_4在固体推进剂和炸药的安全应用具有重要意义.采用基于色散校正密度泛函理论的第一性原理方法,研究了0—15 GPa静水压力下NH_4ClO_4的晶体结构、分子结构、电子性质和弹性性质,计算结果与实验值具有较好的一致性.在压强为1,4和9 GPa时,NH_4ClO_4的晶体参数、键长和分子构型等均出现不连续变化,说明了在压强作用下结构发生变化.随着压强增加,氢键增多且作用增强,由分子内氢键向分子内和分子间的氢键转变;导带态密度峰值增加,电子局域性增强,晶体内N-H和Cl-O共价键作用增强,带隙增大,不同相变区域内带隙呈线性关系.0—15 GPa条件下NH_4ClO_4的弹性常数满足力学稳定性标准,采用Voigt-Reuss-Hill方法计算了体积模量B,剪切模量G和杨氏模量E,根据Cauchy压力和B/G值,说明NH_4ClO_4属于韧性材料,随着压强增加韧性增强.     

Si在TiAl3中取代行为的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了Si原子在TiAl₃中的格点取代行为.通过对不同原子被置换后的c/a值、形成能以及电子态密度的计算和比较,发现Si原子倾向于取代TiAl₃中的Al原子,其取代行为主要由系统的电子结构决定,计算结果与实验相符.为了进一步研究Si原子的取代行为,对Si原子占据的格点以松散或紧凑分布下体系的总能、形成能以及电子态密度进行了计算,结果表明Si原子倾向于取代TiAl₃中松散分布的Al（2）原子.对c/a值的计算表明,随Al（2）格点Si原子浓度的增加,c/a值逐渐增大;而当Si取代Al（1）格点时,c/a值随Si原子浓度的增加而减小.研究表明,Si在TiAl₃中的极限固溶度介于12.5at%—18.75at%之间. 关键词： 密度泛函理论 第一性原理 电子结构 3')" href="#">TiAl₃     

高压下BaHfO3电子结构与光学性质的第一性原理研究

从第一性原理出发,在局域密度近似下,采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势计算方法系统地研究了高压对BaHfO3电子结构与光学性质的影响．能带结构分析表明：无压强和施加正压强作用时,BaHfO3为直接带隙绝缘体,而施加负压强时,BaHfO3则转变为间接带隙半导体;BaHfO3的带隙随压强增加而减小,且具有明显的非线性关系．对光学性质的分析发现：施加正压强后,光学吸收带边产生蓝移;负压强作用时介电函数虚部尖峰减少,光学吸收带边产生红移;施加压强后BaHfO3的静态介电常数和静态折射率均增大．上述研究表明施加高压有效调制了BaHfO3的电子结构和光学性质,计算结果为BaHfO3光电材料的设计与应用提供了理论依据．     

高压下ErNi2B2C弹性性质、电子结构和热力学性质的第一性原理研究

采用密度泛函理论中的赝势平面波方法研究了高压下超导材料 ErNi₂B₂C 的弹性性质、电子结构和热力学性质.分析表明, 弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量和弹性各向异性因子的外压力效应明显. 电子态密度(DOS)的计算结果显示, 在费米能级(E_F)处的 DOS 峰随外界压强的增大显著降低, 由于 ErNi₂B₂C 相对较高的超导温度(T_c)起因于E_F处的 DOS 峰, 因此推测压强增大可能会降低 ErNi₂B₂C 的 T_c.类似的现象在超导材料 MgB₂和 SrAlSi 中已被发现.此外, 基于准谐德拜模型, 对 ErNi₂B₂C 在高温高压下的热力学性质的研究表明, 在一定范围内, 温度和压强将对其热膨胀系数和热容产生明显的影响. 关键词： 高压 弹性性质 电子结构 热力学性质     

高温高压下Ag-Mg-Zn合金中金属间化合物的微观结构与热动力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计算方法,研究了Ag-Mg-Zn合金中金属间化合物AgMg,Mg4Zn8和Ag8Mg4Zn4在高温高压下的结构稳定性、弹性性能和热动力学性质.理论计算结果与实验值和其他的理论结果符合得非常好.研究表明:金属间化合物AgMg,Mg4Zn8和Ag8Mg4Zn4在零温零压下是力学稳定的;Mg4Zn8和Ag8Mg4Zn4为延性相,而AgMg则为脆性相;在这三种金属间化合物中,Ag8Mg4Zn4的塑性最好,AgMg的塑性最差.利用准谐Debye模型,讨论了高温高压下Ag-Mg-Zn合金中金属间化合物的摩尔振动内能Uvib,m,摩尔Helmholtz振动自由能Avib,m,摩尔振动熵Svib,m,摩尔定容热容Cv,m,摩尔定压热容Cp,m,热膨胀系数α,Griüneisen 参量γ和Debye温度(O).     

AlAs相变及热动力学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的全势能线性糕模轨函法研究了闪锌矿（B3）,NiAs（B8）和岩盐（B1）结构的AlAs的相变、结构性质以及热动力学性质.对B3-B8和B3-B1结构的能量体积曲线做公切线,得到了B3→B8相变压力为5.44 GPa,并预测到B3→B1相变压力为6.46 GPa.同时计算了高压下B8相的结构性质,结果显示当V/V₀≈0.7—1.05时,c/a基本保持恒定（仅有约 0.2%的波动）;当V/V₀≈0.4—0.7,c/a随着V/V₀的减小而近似线性地增大.通过状态方程拟合,得到了AlAs的相对体积V/V₀与压强P的函数关系,B8相的状态方程与实验结果符合很好.最后利用准谐德拜模型得到了AlAs的体弹模量B随压力P的变化关系以及不同压强下热容C_V与温度T的关系. 关键词： 相变 热力学性质 第一性原理     

First-principles investigation of the electronic, elastic and thermodynamic properties of VC under high pressure

An investigation of the electronic,elastic and thermodynamic properties of VC under high pressure has been conducted using first-principles calculations based on density functional theory (DFT) with the plane-wave basis set,as implemented in the CASTEP code. At elevated pressures,VC is predicted to undergo a structural transition from a relatively open NaCl-type structure to a more dense CsCl-type one. The predicted transition pressure is 520 GPa. The elastic constant,Debye temperature and heat capacity each as a function of pressure and/or temperature of VC are presented for the first time.     

First-principles study of the elastic and thermodynamic properties of thorium hydrides at high pressure

The high pressure behaviors of Th_4H_(15) and ThH_2 are investigated by using the first-principles calculations based on the density functional theory(DFT). From the energy–volume relations, the bct phase of ThH_2 is more stable than the fcc phase at ambient conditions. At high pressure, the bct ThH_2 and bcc Th_4H(15) phases are more brittle than they are at ambient pressure from the calculated elastic constants and the Poisson ratio. The thermodynamic stability of the bct phase ThH_2 is determined from the calculated phonon dispersion. In the pressure domain of interest, the phonon dispersions of bcc Th_4H(15) and bct ThH_2 are positive, indicating the dynamical stability of these two phases, while the fcc ThH_2 is unstable. The thermodynamic properties including the lattice vibration energy, entropy, and specific heat are predicted for these stable phases. The vibrational free energy decreases with the increase of the temperature, and the entropy and the heat capacity are proportional to the temperature and inversely proportional to the pressure. As the pressure increases, the resistance to the external pressure is strengthened for Th_4H_(15) and ThH_2.     

First-principles calculations of structural and thermodynamic properties of BeB2 compound

The lattice parameter bulk modulus and pressure derivative of BeB2 are calculated by using the Cambridge Serial Total Energy Package （CASTEP） program in the frame of density function theory. The calculated results agree well with the average experimental data and other theoretical results. Through the quasi-harmonic Debye model, the dependences of the normalized lattice parameters a/ao, c/c0 and the normalized primitive cell volume V/Vo on pressure P, the variation of the thermal expansion coefficient ~ with pressure P and temperature T, as well as the dependences of the heat capacity Cv on pressure P and temperature T are obtained systematically.     

First-principles calculations of elasticity and thermodynamic properties of LaNi5 crystal under pressure

This paper investigates the equilibrium lattice parameters, heat capacity, thermal expansion coefficient, bulk modulus and its pressure derivative of LaNi 5 crystal by using the first-principles plane-wave pseudopotential method in the GGA-PBE generalized gradient approximation as well as the quasi-harmonic Debye model. The dependences of bulk modulus on temperature and on pressure are investigated. For the first time it analyses the relationships between bulk modulus B and temperature T up to 1000 K, the relationship between bulk modulus B and pressure at different temperatures are worked out. The pressure dependences of heat capacity C v and thermal expansion α at various temperatures are also analysed. Finally, the Debye temperatures of LaNi 5 at different pressures are successfully obtained. The calculated results are in excellent agreement with the experimental data.     

Structural stability and electrical properties of AlB2-type MnB2 under high pressure

The structural stability and electrical properties of AlB2-type MnB2 were studied based on high pressure angledispersive x-ray diffraction, in situ electrical resistivity measured in a diamond anvil cell(DAC) and first-principles calculations under high pressure. The x-ray diffraction results show that the structure of AlB2-type MnB2 remains stable up to 42.6 GPa. From the equation of state of MnB2, we obtained a bulk modulus value of 169.9±3.7 GPa with a fixed pressure derivative of 4, which indicates that AlB2-type MnB2 is a hard and incompressible material. The electrical resistance undergoes a transition at about 19.3 GPa, which can be explained by a transition of manganese 3d electrons from localization to delocalization under high pressure.     

下地幔压力条件下(Mg0.97, Fe0.03)O方镁铁矿的光学性质

本文采用第一性原理方法, 计算了(Mg_0.97, Fe_0.03) O方镁铁矿的理想晶体和含镁-氧离子双空位点缺陷晶体在下地幔压力条件下的光学性质. 吸收光谱数据表明, 方镁铁矿理想晶体的结果与晶体场等理论预测的结果相似:压力诱导铁自旋态的转变将导致方镁铁矿吸收谱有巨大蓝移, 并在近红外光区出现了透明现象. 然而, 在方镁铁矿中含有点缺陷时, 其结果与晶体场等理论预测结果存在本质差异:铁自旋态的转变将导致在近红外光区的吸收性显著增强. 含点缺陷晶体折射率的计算结果表明, 压力、波数及铁自旋态的转变对(Mg_0.97, Fe_0.03) O方镁铁矿的折射率有较明显地影响. 本文结果不仅对探索下地幔方镁铁矿在高压下的光学性质有重要的参考价值, 而且还指明高压吸收光谱的测量可能是准确获得铁自旋态信息一个好的手段.