高压下CaF_2结构相变和光学性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了在压力作用下CaF2的结构相变和光学性质。结果证实了CaF2的压致结构转变的顺序是从氟石结构(空间群Fm3m)转变到PbCl2型结构(空间群Pnma),然后继续转变为Ni2In型结构(空间群P63/mmc)。在Fm3m和Pnma两种结构中,电子带隙随着压力的增加而增加,而在P63/mmc结构中,带隙随着压力的增加开始下降。实验结果显示,直到210 GPa,CaF2没有发生由绝缘体到金属的转变。据此推测,CaF2的金属化压力高于300 GPa。还讨论了压力对CaF2光学性质的影响。     

高压下TiN的结构转变、弹性和热力学性质的第一性原理计算

 利用基于密度泛函的第一性原理,计算了高压下TiN的结构转变、弹性和热力学性质。计算结果表明：在压力作用下,TiN经历了从NaCl型结构到CsCl型结构的转变,转变压力为348 GPa;TiN的弹性系数随着压力的增加呈线性增加规律。此外,还给出了德拜温度和热容量这两个重要热力学量与温度和（或）压力的依赖关系。     

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.     

BeO高压相变和声子谱的第一性原理计算

采用第一性原理方法计算了BeO在零温时的高压相变和三种结构在零温零压时的声子谱.相变的计算表明,在122GPa左右的压力下BeO会发生从纤锌矿(B4)结构到氯化钠(B1)结构的相变,而闪锌矿(B3)结构在零温零压下是一种可能的亚稳态结构.采用冷声子方法计算了这三种结构的BeO在零温零压下的声子谱.计算结果表明:B1结构在零温零压下是一种不稳定的结构;尽管B4结构和B3结构具有明显的相似性,仍然可以通过声子谱来很好的区分.最后根据准简谐近似理论计算得到了BeO的高温高压相图.     

Fe在高压下第一性原理计算的芯态与价态划分

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法的第一性原理计算，对过渡金属Fe元素进行自旋极化的总能量计算，能量计算精度取为平均每个原子0.01 eV.通过分析分波能带展宽与能带电子对总能量的贡献，讨论了在不同压强范围下第一性原理计算时Fe原子芯态与价态的合理划分.结果显示，当压强增加到约140 GPa时，3p电子对总能的贡献将不能忽略，而在地心压强下，3 s电子的贡献可以忽略. 关键词： 第一性原理计算 高压 芯态与价态     

高压下LiYF4晶体光学性质的第一性原理研究

本文采用第一性原理方法,在100 GPa的压力范围内, 计算了LiYF4理想晶体和含空位点缺陷晶体的光学性质.吸收谱数据表明,在100 GPa范围内,压力和相变因素的存在不会改变LiYF4晶体在250-1000 nm的波段内没有光吸收的事实. 氟、钇空位点缺陷的出现会使得LiYF4的吸收边蓝移,而锂空位点缺陷将导致它的吸收边微弱红移(但在250-1000 nm的波段内它仍不具有光吸收行为).波长在532 nm处的折射率数据显示, 在LiYF4的三个结构相区,其折射率均随压力的增加而增大. LiYF4从白钨矿结构到褐钇铌矿结构的相变会使得其折射率略微增加,但从褐钇铌矿结构到类黑钨矿结构的相变将导致其折射率显著降低. 同时,空位缺陷的存在将引起LiYF4的折射率明显增大. 分析指明,LiYF4有成为冲击窗口材料的可能. 本文所获得的信息对未来的实验研究有参考作用.     

高压下MgS的弹性性质、电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(density functional theory)基础上的第一性原理赝势平面波方法, 计算研究了MgS晶体B2构型在不同压强下的几何结构、弹性性质、电子结构和光学性质. 计算结果表明, 在高压作用下, 该结构的导带能级有向高能级移动的趋势, 而价带能级有向低能级移动的趋势. 同时, 对照态密度分布图及高压下能级的移动情况, 分析了MgS B2构型在高压作用下的光学性质, 发现高压作用下, 吸收光谱发生了明显的蓝移.     

高压下BaLiF3晶体光学性质的第一性原理研究

本文采用第一性原理方法, 在190 GPa的压力范围内, 计算了BaLiF3理想晶体和含空位点缺陷晶体的光学性质. 吸收谱数据表明, 压力因素不会导致BaLiF3晶体在可见光区有光吸收的行为. 空位点缺陷的存在会使得BaLiF3的吸收边红移(其中氟空位点缺陷引起的红移最显著) , 但这些红移不会导致它在可见光区内出现光吸收的现象. 波长在532 nm处的折射率数据显示, BaLiF3的折射率将随压力升高而增大. 氟空位点缺陷将导致BaLiF3的折射率增大, 但钡空位点缺陷和锂空位点缺陷的存在对其基本没有影响. 本文预测, BaLiF3晶体有成为冲击光学窗口材料的可能.     

高压下KMgF_3晶体光学性质的第一性原理研究

本文采用第一性原理的方法,在100 GPa的压力范围内,计算了KMgF_3的理想晶体和含空位缺陷晶体的光学性质.吸收谱数据表明,在100 GPa范围内,压力因素不会导致KMgF_3晶体在可见光区有光吸收行为.钾、镁和氟空位缺陷的存在会使得KMgF_3晶体的吸收边红移(其中氟空位缺陷引起的红移最显著),但这些红移不会导致它在可见光区出现光吸收的现象.能量损失谱数据显示,压力因素不仅会使得KMgF_3晶体的能量损失谱有蓝移的行为,而且还会引起它的较强谱峰个数发生变化.在100 GPa处的缺陷晶体数据指明,氟空位缺陷会导致其能量损失谱的两个较强谱峰的峰值强度明显降低.分析表明,KMgF_3晶体有成为冲击窗口材料的可能,并且本文所获得的结果对未来的实验探究有参考作用.     

高压下固态Kr弹性性质、电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用密度泛函理论中平面波基矢,模守恒赝势结合局域密度近似以及广义梯度近似对固态Kr在高压下的结构以及弹性性质进行了研究, 通过计算发现弹性常数,Debye温度以及声速都随压力的增大而增大,所计算的弹性常数与实验和其他的理论符合的很好. 利用Debye模型得到了固态Kr的热力学性质, 熵随压力的增大而减小,随温度升高而升高;而定容热容C_v,定压热容C_p则随温度升高而升高,而且C_v在达到一定温度时趋于定值,所得的热力学性质和实验值是相符的．最后还预测了固态Kr在高压下的电子结构和光学性质, 计算结果表明随压力的增加固态Kr的前沿能带变窄,光吸收系数增大,吸收峰增宽,电子更容易发生跃迁,固态Kr有可能转化为半导体． 关键词： Kr 第一性原理 弹性常数 光学性质     

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.     

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     

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。     

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.     

Ab initio study on the high superconducting transition temperature in calcium under high pressure

For calcium in the phases IV and V, we estimated the superconducting transition temperature T _c by the use of the Allen–Dynes formula. Setting the effective screened Coulomb repulsion constant μ* at 0.1 in the formula, we obtained T _c =23.42 K at 100 GPa for Ca-IV and T _c =15.87 K at 120 GPa for Ca-V. In order to clarify the origin of such high values of T _c , first, we investigated the band character of electrons and found that the high T _c is not necessarily related to the so called s–d transfer. Then we analyzed the electron–phonon coupling at each phonon mode in Ca-V where the highest T _c in elements has been experimentally observed. As a result, we discovered that an optical mode at the Γ point has the strongest electron–phonon coupling. Such phonon mode can exist only in the complex crystal structure of Ca-V, and the result shows that the high T _c seems to be closely linked with the complex crystal structures like Ca-IV and Ca-V.     

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.     

Synthesis and superconductivity in yttrium superhydrides under high pressure

Flourishing rare earth superhydrides are a class of recently discovered materials that exhibit near-room-temperature superconductivity at high pressures, ushering in a new era of superconductivity research at high pressures. Yttrium superhydrides drew the most attention among these superhydrides due to their abundance of stoichiometries and excellent superconductivities. Here, we carried out a comprehensive study of yttrium superhydrides in a wide pressure range of 140 GPa—300 GPa. We successfully synthesized a series of superhydrides with the compositions of YH₄, YH₆, YH₇, and YH₉, and reported superconducting transition temperatures of 82 K at 167 GPa, 218 K at 165 GPa, 29 K at 162 GPa, and 230 K at 300 GPa, respectively, as evidenced by sharp drops in resistance. The structure and superconductivity of YH₄ were taken as a representative example and were also examined using x-ray diffraction measurements and the superconductivity suppression under external magnetic fields, respectively. Clathrate YH₁₀, a candidate for room-temperature superconductor, was not synthesized within the study pressure and temperature ranges of up to 300 GPa and 2000 K. The current study established a detailed foundation for future research into room-temperature superconductors in polynary yttrium-based superhydrides.     

高压下RhB的相变、弹性性质、电子结构及硬度的第一性原理计算

采用密度泛函理论中的赝势平面波方法系统地研究了高压下RhB的结构相变、弹性性质、电子结构和硬度.分析表明,RhB在25.3 GPa时从anti-NiAs结构相变到FeB结构,这两种结构的弹性常数、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.电子态密度的计算结果显示,这两种结构是金属性的,且费米能级附近的峰随着压强的增大向两侧移动,赝能隙变宽,轨道杂化增强,共价性增强,非局域化更加明显.此外,硬度计算结果显示,anti-NiAs-RhB的金属性比较弱,有着较高的硬度,属于硬质材料.     

First-principles study on superconductivity of solid oxygen

The superconductivity of solid oxygen in ζ phase was investigated by first-principles calculations based on the density functional theory. Using a monoclinic C2/m structure, we calculated the superconducting transition temperature by the Allen–Dynes formula and obtained 2.4 K at 100 GPa for the effective screened Coulomb repulsion constant μ* of 0.13. The transition temperature slowly decreases with increasing pressure and becomes 1.3 K at 200 GPa. The phonon analysis shows that the electron–phonon coupling is dominantly enhanced by the intermolecular vibrations of O₂ rather than the intramolecular ones. The phonon modes showing the strong electron–phonon coupling were found to be concentrated in the phonon frequency range of 100–150 cm^?1 at around the M-point in the Brillouin zone.