MgSiO_3钙钛矿高温高压特性的第一性原理研究

本文采用第一性原理方法,计算了MgSiO_3钙钛矿在零温和0～150 GPa静水压范围内的晶体结构和弹性模量,并利用准简谐近似Debye模型,拟合三阶Birch-Murnaghan物态方程得到了其高温高压下的热力学性质.通过与现有的理论和实验的结果数据比较,确认在0～2000 K的温度区间内,第一性原理计算结合Debye模型能够较可靠地模拟在下地幔压力范围内MgSiO_3钙钛矿的热力学性质.     

高压下钙钛矿结构MgSiO3的分子动力学研究

利用分子动力学方法,研究了高温高压下钙钛矿结构MgSiO3的状态方程.研究表明,分子动力学模拟结果很好地再现了广泛温度和压强范围内钙钛矿结构MgSiO3的摩尔体积.温度300 K压强上升到120 GPa模拟的钙钛矿结构MgSiO3状态方程和有效的实验结果基本一致.在更高温度和更高压强下模拟的钙钛矿结构MgSiO3状态方程和他人的计算值吻合的很好.另外,还分别计算了温度300 K,900 K,1500 K和2500 K压强上升到120 GPa时MgSiO3的体积压缩率.     

熔体局部结构的分子动力学模拟研究

计算机技术的迅速发展使分子动力学模拟成为可能。这是一种直接方法用以更详细地了解液态的结构。文章介绍在分子动力学模拟产生的一系列平衡瞬态构型基础上的等近邻键序参数方法和使用这一方法对若干熔体局部结构的研究，包括若干碱金属卤化物熔盐，ＣａＦ２快离子态和熔融态，熔融态ＺｎＣｌ２和Ｒｂ２ＺｎＣｌ４，ＢＢＯ熔体和晶体生长母液等。     

高温及高压下液体镓的结构——第一性原理分子动力学方法研究

采用第一性原理分子动力学方法研究了高温下正常密度和高密度液体镓的结构和性质。结果与有关实验事实相符合,发现液体镓中仍残留着共价键相结合的镓分子,随着密度的增加,结构因子主峰右边逐渐发展成为一肩膀。并从能量角度讨论了液体镓结构因子中出现肩膀的物理原因。 关键词：     

高温高压下铁热导率的第一性原理研究

铁在高压高温下的热导率是研究地球动力学和热演化的关键参数.在以往的研究中,铁的热导率主要归结于电子热导率,我们发现铁在高压下晶格振动对热导率的贡献不可忽略.本文利用晶格动力学和玻尔兹曼输运理论计算了铁的声子色散、Hugoniot状态方程和热导率.预测了铁在核幔边界附近温度约为3500K,在地球内核边界条件约为6500K.考虑晶格振动的热导率在地球核幔边界附近为112W/m K,在内核边界条件约为200W/mK.     

MgSiO3钙钛矿高温高压特性的第一性原理研究

本文采用第一性原理方法,计算了MgSiO3钙钛矿在零温和0 ~ 150 GPa静水压范围内的晶体结构和弹性模量,并利用准简谐近似Debye模型,拟合三阶Birch-Murnaghan物态方程得到了其高温高压下的热力学性质。通过与现有的理论和实验的结果数据比较,确认在0 ~ 2000 K的温度区间内,第一性原理计算结合Debye模型能够较可靠地模拟在下地幔压力范围内MgSiO3钙钛矿的热力学性质。     

BiFeO3电子结构的第一性原理研究

采用广义梯度近似下的密度泛函理论计算了铁电相BiFeO3以及顺电相BiFeO3的轨道占据数、电子云重叠布居数、净电荷分布和态密度.结果表明,BiFeO3晶体现铁电性的主要原因是:Fe原子的3d轨道和O原子的2p轨道杂化.而且由于两相晶体结构上的差异,铁电相BiFeO3原子间的共价性和离子性相对顺电相BiFeO3增强了,态密度图在价带区基本相同,但是在导带区具有一定的差异性.     

单壁碳纳米管储氢的第一原理分子动力学模拟

本文用第一性原理平面波赝势方法模拟研究了手性单壁碳纳米管与氢分子的相互作用,考察了碳纳米管直径对储氢性能的影响。对单壁碳纳米管储氢的模拟结果表明: (1)物理吸附时,H2可以吸附在空腔内,也可以吸附在管与管之间的空隙中,纳米管内部的氢吸附力均高于管外,而“完好无损”的H2分子不能够穿过管壁而进入管内。(2)化学吸附时,碳纳米管对氢的吸附首先出现在管的边缘附近,碳纳米管局部会发生形变,SWCNTs的张力会随C-H键的增加而增大,系统不稳定。（3）随着直径的增加,纳米管内、外的氢吸附力差异减小。     

单壁碳纳米管储氢的第一原理分子动力学模拟

本文用第一性原理平面波赝势方法模拟研究了手性单壁碳纳米管与氢分子的相互作用,考察了碳纳米管直径对储氢性能的影响.对单壁碳纳米管储氢的模拟结果表明:(1)物理吸附时,H2可以吸附在空腔内,也可以吸附在管与管之间的空隙中,纳米管内部的氢吸附力均高于管外,而“完好无损”的H2分子不能够穿过管壁而进入管内.(2)化学吸附时,碳纳米管对氢的吸附首先出现在管的边缘附近,碳纳米管局部会发生形变,SWCNTs的张力会随C-H键的增加而增大,系统不稳定.(3)随着直径的增加,纳米管内、外的氢吸附力差异减小.     

MgO高温高压特性及相变的第一性原理研究

应用第一性原理密度泛函理论计算了MgO在零温(0K)下和0~200GPa静水压范围内的晶体结构和弹性模量,以及B1、B4和B8相结构的MgO的声速随压力的变化。利用准简谐近似下的Debye模型,通过拟合三阶Birch-Murnaghan物态方程模拟了高温效应并对三个相在高温高压下的相稳定性做了研究。本工作的计算结果与前人的理论和实验结果符合较好,说明第一性原理结合准简谐Debye模型能够比较准确的模拟矿物如MgO在高温高压下的热力学性质。     

MgO高温高压特性及相变的第一性原理研究

应用第一性原理密度泛函理论计算了MgO在零温(0K)下和0~200GPa静水压范围内的晶体结构和弹性模量,以及B1、B4和B8相结构的MgO的声速随压力的变化。利用准简谐近似下的Debye模型,通过拟合三阶Birch-Murnaghan物态方程模拟了高温效应并对三个相在高温高压下的相稳定性做了研究。本工作的计算结果与前人的理论和实验结果符合较好,说明第一性原理结合准简谐Debye模型能够比较准确的模拟矿物如MgO在高温高压下的热力学性质。     

Al89La6Ni5非晶合金的第一性原理分子动力学模拟

采用第一性原理分子动力学（AIMD）方法模拟 Al89La6Ni5 合金的退火过程,结合双体相关函数和配位多面体（团簇）分布分析了体系短程有序结构随温度的演化. 结构分析表明,非晶态 Al89La6Ni5 原子短程有序结构近似密堆排列;在非晶形成过程中,Al 原子周围短程有序结构几乎没有发生变化,而 La 和 Ni 原子周围环境发生明显改变,由此推测,La 原子的加入改变了 Ni 原子周围的短程有序结构,因而增加了 Al-La-Ni 体系的非晶形成能力;Al 原子和 Ni 原子间存在 Al-Ni 共价键作用,电子态密度的计算说明,费米面附近 Al-p 和 Ni-d 之间电子的相互作用是 Al-Ni 原子间形成局域共价键的原因.     

超纳米金刚石薄膜结构相变的第一原理分子动力学研究

纳米金刚石薄膜的结构相变非常复杂,对稳定性和物理性质又尤为重要。本文用第一性原理分子动力学模拟研究了超纳米金刚石薄膜的结构相变和表面重构。研究发现,纳米金刚石的表面碳团簇通过断开（111）面的σ键,形成具有碳六元环结构的石墨碎片;内部原子sp3杂化向sp2杂化转化的发生是从（111）面上成对C原子向石墨相转化时形成π键的过程中获得了能量,驱动石墨的转变由表层向心部逐渐进行。转变过程中存在一种洋葱状富勒烯和金刚石结构共存的过渡相——Bucky-diamond,表面悬空键的消除和表层的富勒烯外壳最大限度地降低了表面能和系统总能量,Bucky-Diamond结构稳定存在。     

Al89La6Ni5非晶合金的第一性原理分子动力学模拟

采用第一性原理分子动力学（ AIMD）方法模拟 Al89 La6 Ni5合金的退火过程,结合双体相关函数和配位多面体（团簇）分布分析了体系短程有序结构随温度的演化。结构分析表明,非晶态 Al89 La6 Ni5原子短程有序结构近似密堆排列;在非晶形成过程中,Al 原子周围短程有序结构几乎没有发生变化,而 La 和 Ni原子周围环境发生明显改变,由此推测,La 原子的加入改变了 Ni 原子周围的短程有序结构,因而增加了Al－La－Ni 体系的非晶形成能力;Al 原子和Ni原子间存在Al－Ni共价键作用,电子态密度的计算说明,费米面附近Al－p和Ni－d 之间电子的相互作用是Al－Ni原子间形成局域共价键的原因。     

钙钛矿结构ZrBeO3稳定性的第一性原理研究

基于密度泛函理论构建了钙钛矿结构ZrBeO3晶体模型,计算了该晶体模型结合能,表明了该构型热力学稳定性;计算出该结构在不同压力下的弹性常数,并据此计算了ZrBeO3的体积模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比、BH/GH(体模量/剪切模量)等参数,结果表明该材料具有机械稳定性,随着等静压力增加,材料由脆性向韧性转变;计算了零压下ZrBeO3的硬度,为34.5 GPa,表明该结构晶体应为超硬材料;计算了ZrBeO3的声子能谱,结果表明ZrBeO3在低温零压下热动力学不稳定,为此分析比较了不同压力下的声子能谱、不同原子轨道及化学键布居值,研究表明随着压力增加,Be原子sp杂化后形成的Be-O共价键成分增强、Zr-O键离子键成分增强,晶格动力学趋于稳定。     

高温高压下合金碳化物Fe3Mo3C热力学性质的第一性原理计算

基于平面波赝势密度泛函理论的第一性原理与准谐德拜模型结合的方法研究了高温高压下合金碳化物Fe₃Mo₃C的热力学性质.在压强范围为0～40 GPa和温度范围为0～1200 K的条件下,Fe₃Mo₃C的体积比V/V₀、体弹性模量B和德拜温度θ受压强的影响比温度更大.温度一定时,体弹性模量和德拜温度随压强的增大而迅速增大. Fe₃Mo₃C的热容C_v、熵S以及热膨胀系数α受温度的影响较压强更大.压强一定时,材料的热容、熵以及热膨胀系数均随温度升高单调增大,其中,热容和热膨胀系数随温度先快速上升后趋于平缓,最后热容接近于Dulong-Petit极限.     

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.     

先兆型铁电体CaTiO3的第一性原理研究

在广义梯度近似 (GGA)下利用全电势线性化的缀加平面波法 (FPLAPW )计算了钛酸钙 (CaTiO3 )的电子结构 .将实验测得的晶胞体积记为V0 ,计算中所用的晶胞体积记为V .当V/V0 =1.0时 ,Ti离子位移为零相应于总能量低能态 ,钛酸钙不会发生铁电相变 .但如果其体积膨胀 10 % ,则Ti离子的位移将导致能量极小值 .这意味着在立方钛酸钙中有发生铁电相变的趋势 ,表明在钛酸钙中存在着体积诱发的铁电相变 ,即钛酸钙为先兆型铁电体 .态密度在V/V0 =1.1时 ,Tid电子和O(2 ) p电子之间存在强烈的轨道杂化 ,这种杂化是出现铁电性的必要条件 .电场梯度的结果也表明了这一点 .     

BiFeO_3结构性质与相转变的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,系统地研究了BiFeO3的7种不同空间群(R3c,R3m,P4mm,Cm,Pm3m,R3m和R3c)结构及其转变关系.结果表明,铁电相R3c结构是基态,不同结构之间也存在着一定的转变关系,其变化主要包括两种形式,在[111]方向上Bi3+相对FeO6八面体存在一定的位移和FeO6八面体绕[111]极化轴的反铁扭曲旋转.此外,还得出BiFeO3的薄膜结构受到衬底结构的作用会导致其从三方相(R3c)向四方相(P4mm)转变.