高压下Py-FeO2、Py-FeOOH和ε-FeOOH晶体结构与弹性特征的第一性原理研究

Py-FeO₂、Py-FeOOH和ε-FeOOH是地幔及核幔边界的重要成分,其在高温高压下的物性演化特征对了解地幔物质组成和结构及动力学过程有重要意义,为此利用第一性原理方法计算了0~350 GPa条件下Py-FeO₂和Py-FeOOH以及0~170 GPa条件下ε-FeOOH的晶体结构与弹性性质。Py-FeO₂和Py-FeOOH的晶格常数随压强的增加呈逐渐减小趋势,而ε-FeOOH的晶格常数随压强增加而减小,其中c轴更容易被压缩。Py-FeO₂、Py-FeOOH和ε-FeOOH的晶胞密度随压强增加而增大,按照密度由大到小依次为Py-FeO₂、Py-FeOOH、ε-FeOOH。3相的体积模量随压强的增加线性增加,Py-FeO₂和Py-FeOOH的剪切模量随压强的增加线性增加。对比体积模量可知,Py-FeO₂的体积模量最高,Py-FeOOH和ε-FeOOH的体积模量在高压下几乎一致;而Py-FeO₂的剪切模量最大,ε-FeOOH的剪切模量最小。Py-FeO₂、Py-FeOOH和ε-FeOOH的压缩波速随压强的增加而增加,Py-FeO₂的剪切波速随压强的增加而增加。Py-FeOOH的剪切波速在0~2000 km深度范围内随深度增加而减小,在2000~6000 km深度范围内变化较小(在5.8~6.0 km/s之间);ε-FeOOH的剪切波速在33 GPa(约900 km深度)发生突变。3相中ε-FeOOH的波速最低,而Py-FeO₂的波速最高。综合计算结果表明,Py-FeO₂和Py-FeOOH具有高密度、低波速的特点,与地幔超低速区的性质一致。Py-FeO₂和Py-FeOOH在形成之后可能富集下沉到核幔边界,成为超低速区的来源。ε-FeOOH在超过33 GPa压强条件下发生的氢键对称化给ε-FeOOH的结构带来显著变化,同时氢键对称化会影响原子间相互作用,进而影响ε-FeOOH的弹性性质以及地震波速。     

第一性原理研究硫化镉高压相变及其电子结构与弹性性质

采用第一性原理研究了CdS的六方纤锌矿(WZ), 立方闪锌矿(ZB) 和岩盐矿(RS)相在高压条件下的相稳定性、 相变点、电子结构以及弹性性能.WZ相与RS 相可以在相应的压强范围内稳定存在, 而ZB相不能稳定存在.压强大于2.18 GPa时, WZ相向RS相发生金属化相变.WZ相中S原子电负性大于Cd, 且电负性差值小于1.7, CdS的WZ相为共价晶体.高压作用下, S原子半径被强烈压缩, 有效核电荷增加, 对层外电子吸引能力提高, 电负性急剧增大, 导致S与Cd的电负性差值大于1.7, CdS的RS相以离子晶体存在. WZ相的C₄₄随压强增加呈下降趋势, 导致WZ相力学不稳定, 并向RS相转变.当压强大于2.18 GPa时, RS相C₁₁, C₁₂随压强增加而增大, 并且C₄₄保持稳定, 说明RS相具有良好的高压稳定性与力学性能. 关键词： 第一性原理 相变 电子结构 弹性性质     

BaF2高压相变行为的第一性原理研究

通过理论计算研究了BaF₂在高压下的晶体结构及物理性质.结果表明,在3.5和18.3 GPa,BaF₂依次经历了Fm■m-Pnma-P6₃/mmc两次结构相变,相变过程伴随着体积的塌缩,均为一级相变.约15 GP时,Pnma相晶轴压缩性出现异常,表现为随压强增大,晶轴b_o轻微增加,a_o略微减小.对其电子态密度进行分析发现,在16 GPa以后,由于F1原子的p_y+p_z与p_x轨道电子离域,导致其带隙随压强增加而降低.在约20 GPa时,Pnma相完全转变为P6₃/mmc相,相变完成.对BaF₂的拉曼峰位随压强变化进行了计算,为其高压拉曼光谱行为提供了相应的理论依据.计算了P6₃/mmc相在不同压强下的声子色散曲线,揭示了其卸压过程中的滞后机制,计算结果还预测该物相至少可以稳定到80 GPa.     

ZrV2结构、弹性和热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平面波赝势方法研究ZrV₂的晶体结构和弹性,利用准谐Debye模型计算在不同温度(T=0~1200 K)和不同压强(P=0~20 GPa)下ZrV₂的热力学性质,包括弹性模量与压强,热熔与温度,以及热膨胀系数与温度和压力的关系.结果表明:计算的ZrV₂晶格常数与实验值符合较好,晶体材料的弹性常数随着压力增加而增加;在一定温度下,相对体积、热熔随着压强的增加而减小,德拜温度、弹性模量随着压强的增加而增加,且高压下温度对ZrV₂热膨胀系数的影响小于压强的影响.     

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.     

高压拉曼光谱方法研究联苯分子费米共振

测量了0—15 GPa压强下联苯分子的拉曼光谱. 结果表明,随压强增加,分子内和分子间π-π共轭和离域效应增强,谱线的绝对强度变大、蓝移. 联苯分子的两费米共振谱线强度比R_f/a减少,频率差Δ增加,当压强为8 GPa时,费米共振现象消失,利用Betran理论得出了固有频率差Δ₀和耦合系数ω随压强的变化关系,通过高压下相变进行了解释,并探讨了高压下费米共振耦合变弱的机理. 关键词： 联苯 费米共振 高压 拉曼光谱     

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.     

Ti掺杂对高熵合金FeCrVMoTix(x=0-1)结构和力学性能的影响

采用第一性原理方法研究了Ti对高熵合金FeCrVMoTi_x结构、弹性和塑性的影响.分别用混合焓、原子尺寸差、价电子浓度、相对熵效应和结合能评价FeCrVMoTi_x结构的稳定性,研究发现BCC型的FeCrVMoTi_x在x=0.0-0.9范围内都是结构稳定的.另外,弹性和塑性的计算发现,块体模量随Ti的增加而线性减小.剪切模量和杨氏模量首先随x的增加而变大,然后达到最大值,最后随x的进一步增加而快速减小. Ti的掺杂有助于提高FeCrVMoTi_x的屈服强度和抗拉强度,其中FeCrVMoTi_0.57的拉伸性能最好.热力学的计算表明压强能够抑制FeCrVMoTi_0.57的体膨胀系数,并增强其德拜温度.     

二硫化铼的原位高压偏振拉曼光谱

高压调控是一种能够对材料的结构、电学、光学等物理特性实现高效、连续且可逆变化的实验手段;拉曼光谱则是一种能够对材料的晶相等结构信息实现精准、快速、无损分析的研究方法.本文结合了金刚石对顶砧高压技术和原位偏振拉曼光谱技术,对二硫化铼(ReS₂)晶体的拉曼振动模式随压强的演变过程进行了深入研究.实验发现ReS₂的常压相(1T’)在3.04 GPa的压强下转变为一个扭曲1T’相,继而在14.24 GPa压强下发生了Re₄原子簇的层内形变,并且在22.08和25.76 GPa分别发生了不同方向的层间无序叠加向有序叠加的转变.这一系列独特的实验现象充分展现了该二维材料的面内各向异性,并证实ReS₂晶体的各向异性随压强的增加而变得愈发显著.本文研究表明压强在调节材料性能方面的关键作用,揭示了ReS₂晶体在制备各向异性光学器件和光电器件等方面的潜力.     

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.     

Critical Temperature Characteristics of Layered High-Temperature Superconductor Under Pressure

We consider a Ginzburg-Landau modified model of layered high-temperature superconductor under pressure. We have theoretically studied the relation between the pressure and the temperature of layered high-temperature superconductor. If the pressure is not a constant, we have a relation of quadratic equation between the pressure and the temperature of layered high-temperature superconductor. In a special case, we find the critical temperature decreases with further increasing pressure. In another special case, the critical temperature increases with furtherincreasing pressure.     

一种推广的混合自旋模型的临界温度曲线

本文提出了一种union jack晶格上推广的混合自旋模型。文中分别用平均场近似、自由费密近似及同普适类等标度变换理论对该模型进行了研究,分别得到了相互之间符合较好的临界温度曲线,并对不同处理方法进行了比较。在简化为特定可解模型时,得到与严格解一致的临界点。 关键词：     

First and second order quantum phase transitions in multi-band superconductors

In multi-band and inter-metallic materials superconductivity can be destroyed by applying external pressure in these systems. In many cases the critical temperature is driven continuously to zero, the superconducting to normal transition being associated with a superconducting quantum critical point (SQCP). In this paper we propose a model for this type of SQCP based on the increase of hybridization as pressure is applied in the material. We study a two-band superconductor with hybridization V between these bands. We use a BCS approximation and include both inter- and intra-band attractive interactions. We show that for negligible inter-band interactions, as hybridization increases there is a second order phase transition from a superconductor to a normal state at zero temperature at a critical value of the hybridization V_c. This SQCP can be reached by pressure, since this external parameter controls hybridization in the system. We also find discontinuous transitions at zero temperature and the appearance of a gapless superconducting (GS) phase in a certain range of hybridization in the case of inter-band interactions being dominant.     

冻干过程中升华界面温度测量方法的研究

压力测温技术是基于在平衡状态下,冰晶温度与其饱和蒸汽压为单值函数这一基本规律,在升华干燥过程中,突然中断从冻干室流向冷阱的水蒸汽流,通过测量冻干室内压力回升情况去推算升华界面温度的一种非接触式测温方法。与热电偶或热敏电阻测温相比,压力测温技术即不破坏冻干样品的结构,又能够较为准确地反应出移动升华界面的温度,并能判断升华干燥过程终点。文中分析了升华界面温度测量的意义与困难,建立了压力测温技术的数学模型与分析方法,并通过实验研究了压力测温技术。     

冲击波诱导Nd_2Fe_(14)B磁相变的理论计算研究

根据Nd2Fe14B的冲击加载实验,计算了3.3—7.2 GPa压力范围内冲击波阵面上压力与温度的关系.基于分子场理论,引入压力等效场,改进了双亚点阵理论模型,并分析了在不同温度和压力下Nd2Fe14B的磁性转变机理.计算了压力对Nd2Fe14B磁致伸缩系数、磁化率、磁化强度以及居里温度的影响,给出了Nd2Fe14B发生铁磁–顺磁相变的压力和温度判据.计算结果表明:压力使Nd2Fe14B的居里温度逐渐向低温区转移,当压力从0 GPa增加到1.15 GPa时,居里温度从584 K降至292 K;随着压力的增加,Nd2Fe14B的磁化强度不断下降,且临界去磁压力随温度的升高呈下降趋势;在3.3—7.2 GPa压力范围内,Nd2Fe14B发生了铁磁-顺磁相变.     

喷射器临界背压对喷射制冷系统性能的影响

为了确保喷射器在良好的工况条件下运行,文中针对太阳能喷射制冷系统的工况范围,以R134 a为工质建立了喷射器运行特性计算模型,计算分析了临界背压随喷射器运行工况的变化关系,以及对制冷系统性能的影响。结果表明:喷射器的临界背压随发生温度和蒸发温度的增大而增大,极限喷射系数随发生温度的升高而降低,随蒸发温度的升高而升高;喷射制冷系统COP随喷射器背压(冷凝压力)的升高先保持不变后减小,当Tg=353K,Te=281K和Te=283K时,喷射器分别在Tc=307K左右和Tc=308K左右时,达到临界状态,临界背压分别为0.85MPa、0.88MPa,COP分别为0.2和0.227。     

二元系统气液临界曲线的分类和计算

 分析报道了二元混合物的气-液临界曲线的测定方法和基本类型。运用从硬球模型得出的、适用于高温高压的状态方程，计算了6个体系的临界曲线，并与实验值比较，得到了令人满意的结果。     

Relaxation of the normal electrical resistivity induced by high-pressure in strongly underdoped YBa2Cu3O7–δ single crystals

We investigate the relaxation of the normal electrical resistivity, induced by high-pressure in YBa₂Cu₃O_6.45 single crystals. It is determined that the pressure affects to the phase composition of the sample. Under pressure phases with different (but similar) critical temperatures form. It is determined that the application-removal pressure process is completely reversible. Above T_c the temperature dependence of the resistivity in the layers' plane at different hydrostatic pressures can be approximated with high accuracy with the scattering of electrons by phonons model. With increasing pressure, the residual resistance is reduced and the contribution of intraband s–s scattering increases. Additionally, the role of the interband s–d scattering and the Debye temperature is enhanced.     

低温高压条件下裂解聚吡咙薄膜导电性的初步研究

 通过对裂解聚吡咙（PMDA-DAB）薄膜导电性环境温度、裂解温度及压力关系的研究表明：其室温导电率随所加压力与裂解温度的升高而增加。电导与温度的依赖行为有赖于裂解温度T_p及所加的压力在T_p<800 ℃时，碳化过程产物能符合三维变程跃迁模型；而在T_p>800 ℃时，石墨化过程产物则比较符合修正的三维变程跃迁模型。最大的导电率是在裂解温度为1 200 ℃的裂解产物上在1.05 GPa压力下获得的，数值约1 000 S/cm，电导与压力的关系能较好地符合所改进的扩展莫特关系。     

Upper limit on the transition temperature for non-ideal Bose gases

In this paper, we show that for a non-ideal Bose gas there exists an upper limit on the transition temperature above which Bose-Einstein condensation cannot occur regardless of the pressure applied. Such upper limits for some realistic Bose gases are estimated.