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.     

LuI3 闪烁晶体的第一性原理研究

采用基于第一性原理的赝势和平面波方法计算了新型闪烁晶体基质材料 LuI₃的结构特性和电子特性. 计算结果表明: -4.4 eV附近有一个宽度约为0.2 eV的窄带, 主要是Lu的4f态; -3.55–0 eV之间的态组成了价带, 这主要是I的5p态; 2.44–12.35 eV之间的态组成了LuI₃的导带, 这主要来源于Lu的5d态, 其中还含有少量的Lu的6s态的贡献. 在-3.46 eV处, Lu的6s态、4f态和I的5p态同时出现了尖峰, 说明相邻的Lu原子的6s态, 4f态与I原子的5p态之间的相互作用强, 出现了杂化峰. 估算出LuI₃晶体的理论光产额约为100000 ph/MeV, 主要得益于LuI₃合适的带隙和能带结构. 关键词： 3')" href="#">LuI₃ 第一性原理 电子结构     

高压下BeP2N4结构相变和电子结构的第一性原理计算

 基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了硅铍石型和尖晶石型结构BeP₂N₄的总能量随体积的变化关系。利用Brich-Murnaghan状态方程,通过能量和体积拟合,得到了2种结构的体变模量及其对压强的一阶导数。在压力作用下,BeP₂N₄的相变是从硅铍石型结构（空间群R-3,No.148）转变到尖晶石型结构（空间群Fd-3m,No.227）,计算出的相变点与其它理论值符合得非常好。同时计算了BeP₂N₄的相对晶格常数a/a₀和相对体积V/V₀的压缩率,在低压下发现,尖晶石结构BeP₂N₄的压缩率接近金刚石,进一步计算了不同压力下的体弹模量B_H、剪切模量G_H、B_H/G_H和杨氏模量E。此外,对两种结构的BeP₂N₄的电子态密度和带隙随压强的变化关系进行了计算和分析。结果表明：在压力作用下,上价带顶向费米能级移动,并有一定的展宽。Be—N、P—N键缩短,电子转移增加,导致电荷发生重新分布。     

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     

γ-TiAl中Nb和Mo合金化效应的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理离散变分(DV)和DMol方法研究了4d过渡金属元素在γ-TiAl 中的择优占位行为及其Nb和Mo的合金化效应.转移能的计算结果表明Y，Zr，Nb，Mo在γ-TiAl中有Ti占位倾向，而Tc，Ru，Rh和Pb则表现为Al占位倾向.通过对差分电荷密度、Mulliken轨道集居数以及态密度的分析表明Nb和Mo可以提高杂质元素与其近邻基体元素之间的相互作用和相应原子之间的键合强度，导致较强的固溶强化效应. 关键词： 密度泛函理论 第一性原理 电子结构     

Nb在Ni3Al中取代行为及合金化效应的第一性原理研究

采用基于第一性原理的平面波赝势方法,研究了Nb原子在Ni₃Al中的格点取代行为及合金化效应.通过对不同原子被置换后体系的形成热、结合能及电子态密度的计算和比较,发现Nb原子倾向于取代Ni₃Al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Nb原子的取代行为,对Nb原子占据的格点以松散或紧凑分布下体系的总能、形成热、结合能以及电子态密度进行了计算,结果表明Nb原子占据的格点更倾向于紧凑分布.为了研究Nb对Ni_{3关键词： 第一性原理 3}Al合金')" href="#">Ni₃Al合金 电子结构 合金化效应     

SrCoO3电子结构和磁学性质的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论的广义梯度近似GGA+U方法对铁磁相SrCoO₃的电子结构和磁学性质进行了系统研究.结果表明:随着U值的增大,对于Co离子,主自旋方向的t_2g和e_g态向低能级移动,而次自旋方向的t_2g和e_g态向高能级移动;O2p电子态的分布基本不随U变化.能带结构表明,U大约在7-8eV之间时,SrCoO₃由金属性转变为半金属性.U值小于7eV时,Co离子的磁矩随着U值的增大几乎成线性增大,而当U大于7eV后基本保持不变.结合实验结果,本文认为U取8eV时得到的计算结果更为合理,Co离子的磁矩为3.19μв,且SrCoO₃表现出半金属特性.     

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.     

高压下TiAl3结构及热动力学性质的第一性原理研究

采用平面波赝势密度泛函理论研究了钛铝系金属间化合物TiAl₃的结构性质, 计算值与实验值及其他理论值相符合. 通过准谐德拜模型研究了TiAl₃的热动力学性质, 计算得到了相对体积(V/V₀)与压强和温度的关系, 以及不同温度和压强下的热膨胀系数和热容. 与TiAl的计算结果进行对比, 发现随着温度的升高, TiAl的热膨胀系数增大的速度高于TiAl₃, 且随着压强的增大温度效应减弱; TiAl₃的热容值近似为TiAl的热容值的2倍. 关键词： 结构性质 热动力学性质 第一性原理 高压     

不同组分厚度比的LaMnO3/SrTiO3异质界面电子结构和磁性的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究了(LaMnO₃)_n/(SrTiO₃)_m(LMO/STO)异质界面的离子弛豫、电子结构和磁性质. 研究表明, 不同组分厚度比及界面类型时, 离子弛豫程度各不相同, 并且界面处的电子性质受此影响较大. 对于n型界面, 当LMO的厚度达到6个单胞层后, 电子会从LMO转移到STO, 转移的电子占据界面层Ti原子的3d电子轨道, 界面处出现二维电子气. 对于n型界面(LMO)_n/(STO)₂, 随着LMO厚度数n的增加, 由离子弛豫造成的结构畸变减小, 而界面处Ti原子周围电子的态密度和自旋极化却增大, 表明高厚度比的n型界面有利于产生高迁移率的二维电子气和自旋极化. 而对于p型(LMO)₂/(STO)₈界面, 在STO一侧基本没有结构畸变, 界面处无电子转移和自旋极化现象. 通过计算平均静电势发现n型和p型界面处的势差大小相差2 eV, 解释了p型界面不容易发生电荷转移的原因.     

Mn掺杂LiFePO4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, 计算了不同Mn掺杂浓度LiFe_1-xMn_xPO₄ (x=0,0.25,0.50,0.75) 的电子结构. 同时采用流变相辅助高温固相碳热还原法制备了LiFe_1-xMn_xPO₄ (x= 0,0.25,0.50,0.75) 材料. 理论计算表明: LiFePO₄具有E_g = 0.725 eV的带隙宽度, 为半导体材料. 通过Fe位掺杂25%的Mn离子可最大程度地 减小材料带隙宽度、降低Fe---O键及Li---O键键能, 进而提高材料的电子电导率及锂离子扩散速率. 实验结果亦表明, 当Mn掺杂量x=0.25时, 材料具有最优的电化学性能, 其具有约为158 mAh· g^-1的放电比容量以及551 Wh· kg^-1的能量密度. 理论计算与实验结果非常符合.     

第一性原理研究Mg2 Si同质异相体的结构、电子结构和弹性性质

在第一性原理框架下,采用赝势平面波方法研究了三种Mg₂Si同质异相体的晶胞结构、电子结构和弹性性质随压强的变化关系.研究发现,反萤石结构Mg₂Si、反氯铅矿结构Mg₂Si和Ni₂In型Mg₂Si分别在压强为0-7 GPa,7.5-20.2 GPa和21.9-40 GPa范围内能够保持结构稳定.计算获得了不同压强下Mg₂Si的弹性常数、体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比和各向异 关键词： 态密度 电子结构 弹性常数 第一性原理     

H2 分子在Li3N(110)表面吸附的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了H₂分子在Li₃N(110)晶面的表面吸附. 通过研究H₂/Li₃N(110)体系的吸附位置、吸附能和电子结构发现: H₂分子吸附在N桥位要比吸附在其他位置稳定,此时在Li₃N(110)面形成两个-NH基,其吸附能为1.909 eV,属于强化学吸附;H₂与Li₃N(110)面的相互作用主要是H 1s轨道与N 关键词： 第一性原理 3N(110)')" href="#">Li₃N(110) 2')" href="#">H₂ 吸附和解离     

First-principles study of La and Sb-doping effects onelectronic structure and optical properties of SrTiO3

The effects of La and Sb doping on the electronic structure and optical properties of SrTiO 3 are investigated by first-principles calculation of the plane wave ultra-soft pseudo-potential based on density functional theory. The calculated results reveal that corner-shared TiO 6 octahedra dominate the main electronic properties of SrTiO 3 , and its structural stability can be improved by La doping. The La 3+ ion fully acts as an electron donor in Sr 0.875 La 0.125 TiO 3 and the Fermi level shifts into the conduction bands (CBs) after La doping. As for SrSb 0.125 Ti 0.875 O 3 , there is a distortion near the bottom of the CBs for SrSb 0.125 Ti 0.875 O 3 after Sb doping and an incipient localization of some of the doped electrons trapped in the Ti site, making it impossible to describe the evolution of the density of states (DOS) within the rigid band model. At the same time, the DOSs of the two electron-doped systems shift towards low energies and the optical band gaps are broadened by about 0.4 and 0.6 eV for Sr0.875La0.125TiO3 and SrSb0.125Ti0.875O3 , respectively. Moreover, the transmittance of SrSb0.125Ti0.875O3 is as high as 95% in most of the visible region, which is higher than that of Sr0.875La0.125TiO3 (85%). The wide band gap, the small transition probability and the weak absorption due to the low partial density of states (PDOS) of impurity in the Fermi level result in the significant optical transparency of SrSb0.125 Ti0.875 O3 .     

ReSi1.75电子结构的第一性原理研究

基于第一性原理全势线性缀加平面波方法和局域密度近似(LDA)，对ReSi_1.75的基态晶格属性进行了研究. 结构优化的结果表明，ReSi_1.75的基态平衡晶格常数比实验值小约0.6%. 在LDA计算基础上，考虑局域的Re的d电子库仑作用，用LDA+U方法计算了ReSi_1.75的电子结构，发现当U_eff=U-J=4.4eV时，能带结构呈半导体性质. 具有0.12eV 关键词： 1.75')" href="#">ReSi_1.75 局域密度近似 自相互修正作用 电子结构     

插层化合物LixTiS2中Li离子-空位二维有序结构稳定性的第一性原理研究

根据局域密度近似下的密度泛函理论，用第一性原理方法对TiS₂，LiTiS₂和Li_xTiS₂(x=1/4, 1/3, 1/2, 2/3, 3/4)有序系统进行了几何优化和总能量计算.将计算结果与已有的实验和理论结果进行了对比，得到的归一化结构参量增量Δa₀和Δc₀随离子浓度单调地增加，与实验结果符合较好.Li_{关键词： x}TiS₂')" href="#">Li_xTiS₂ 有序结构 第一性原理计算 密度泛函理论     

Ab-initio density functional theory study of a WO3 NH3-sensing mechanism

WO 3 bulk and various surfaces are studied by an ab-initio density functional theory technique.The band structures and electronic density states of WO 3 bulk are investigated.The surface energies of different WO 3 surfaces are compared and then the (002) surface with minimum energy is computed for its NH 3 sensing mechanism which explains the results in the experiments.Three adsorption sites are considered.According to the comparisons of the energy and the charge change between before and after adsorption in the optimal adsorption site O 1c,the NH 3 sensing mechanism is obtained.     

Theoretical study of aging effects on LaNi5 tritium storage

The electronic structure and energy of La₂Ni₁₀H₁₂ and La₂Ni₁₀H₁₁He (He is at tetrahedral, octahedral or twelve-face polyhedral interstitials) double cells have been calculated using the density functional theory. Their equilibrium structure, energy bands, electronic density of states (DOS) and X-ray diffraction are presented and discussed. The results indicate the helium-3 produced due to the decay of tritium is most possibly sited at twelve-face polyhedral and octahedral interstices and changes the thermodynamic properties of LaNi₅ tritide system. The changes due to aging such as the reduction in the isotherm plateau pressure, increase of the isotherm plateau slope, and appearance of deeply trapped hydrogen are caused not only by the lattice expansion, but also by modification of the electronic structure due to the presence of He.