Mg14B30笼状团簇结构与性质的理论研究

运用杂化密度泛函B3LYP方法,在6-31G*水平上优化得到了一种Mg₁₄B₃₀团簇稳定的笼状结构,包括4个Mg原子层和3个B原子层.18个B原子组成的圆环层内B-B键长为0.155～0.157 nm,三角形层内B-B键长为0.161 nm; Mg原子层内Mg-Mg键长为0.305 nm;层间B-Mg键长在0.221～0.260 nm之间;从中间向两侧,Mg、B原子层间距分别为0.180、0.107和0.188 nm.Mg₁₄B₃₀团簇笼状结构中Mg原子和B原子之间发生了大量的电子转移,在B原子层堆积了大量的电子,而且随着团簇的生长,层间电荷转移大量增加;表明MgB₂的超导作用主要发生在B原子层,而Mg原子起了提供电子的作用.B原子主要是sp杂化轨道参与成键,Mg原子主要是s轨道参与成键;体系中前线分子轨道均包含B原子层内多个原子形成的π键轨道、电子存在较强的离域性,这也为其超导电性提供了条件.     

TiF_3,TiCl_3中阴阳离子对LiBH_4协同催化机理的第一性原理研究

应用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了TiF3,TiCl3催化剂中阴阳离子对LiBH4的协同催化机理.研究发现:金属Ti相对于卤族元素掺杂不容易实现;金属和卤族元素同时掺杂比Ti单独掺杂容易实现;对TiF3催化剂,一种元素掺杂的实现有助于另一种元素掺杂的实现,这大大提高了掺杂浓度.基于电子结构分析,得出卤族元素单独掺杂会降低LiBH4的稳定性;Ti单独掺杂使LiBH4费米能级升高、在带隙中引入缺陷能级、使B—H键结合减弱,这些可能是Ti的卤化物催化剂大大改善LiBH4释氢性能的原因.LiBH4中加入Ti的卤化物催化剂改善其释氢性能主要是由于催化剂使B—H共价结合减弱,这使得氢容易扩散.TiF3,TiCl3催化剂,在LiBH4可逆释氢反应过程中F,Ti协同降低B—H共价结合,而Cl,Ti这种协同作用不显著,这是TiF3对LiBH4催化效果优于TiCl3的原因.     

多孔未极化Pb(Zr0.95Ti0.05)O3铁电陶瓷单轴压缩力学响应与相变

通过添加造孔剂的方法制备了四种不同孔隙率未极化PZT95/5铁电陶瓷. 采用非接触式的数字散斑相关性分析(digital image correltation, DIC)全场应变光学测量技术, 对多孔未极化PZT95/5 铁电陶瓷开展了单轴压缩实验研究, 讨论了孔隙率对未极化PZT95/5铁电陶瓷的力学响应与畴变、相变行为的影响. 多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷的单轴压缩应力-应变关系呈现出类似于泡沫或蜂窝材料的三阶段变形特征, 其变形机理主要归因于畴变和相变的共同作用, 与微孔洞塌缩过程无关. 多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷的弹性模量、压缩强度都随着孔隙率的增加而明显降低, 而孔隙率对断裂应变的影响较小. 预制的微孔洞没有改善未极化PZT95/5铁电陶瓷材料的韧性, 这是因为单轴压缩下未极化PZT95/5铁电陶瓷的断裂机理是轴向劈裂破坏, 微孔洞对劈裂裂纹传播没有起到阻碍和分叉作用. 准静态单轴压缩下多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷畴变和相变开始的临界应力都随着孔隙率的增大而呈线性衰减, 但相变开始的临界体积应变却不依赖孔隙率.     

Al掺杂对MgB_2电子结构和超导电性的影响

建立了不同Al掺杂浓度的Mg1-xAlxB2模型并进行几何优化,讨论了掺杂对系统几何构型、能带结构、电子态密度、键布居和超导转变温度的影响.结果表明,随着Al掺杂浓度的增加,B-Mg离子键增强,B-B共价键减弱,B-Al间的弱共价键增强,能带展宽,费米面附近的态密度降低,超导电性减弱.     

哈龙1211分子在外电场中的物理特性研究

采用密度泛函理论,在B3LYP/6-311++G(d,p)基组水平上对分子进行优化,研究了在不同外电场下,哈龙1211分子的键长、体系总能量、偶极矩、能级、能隙、电荷分布和红外光谱的变化规律.计算结果表明,电场方向不同,键长的变化趋势也不同.随着外电场(-0.02 a.u.-0.03 a.u.)的增加,C-Br间的键长随x轴方向电场的增加可能先趋于断裂,而C-Cl间的键长随y轴方向电场的增加可能最先趋于断裂,这对利用外电场解离哈龙1211分子有着重要意义.体系总能量和能隙随着外电场的增加先增大后减小,而偶极矩的变化趋势相反.另外,随着电场的增加,红外光谱的最强峰先发生蓝移再发生红移.     

极低温下Nb3Sn超导体单晶裂纹动态扩展模拟

研究Nb₃Sn超导体的损伤断裂行为对于揭示超导临界性能弱化背后的力学机制具有重要的意义。采用分子动力学模拟方法,研究了极低温下不含裂纹和含中心裂纹的Nb₃Sn单晶在力学拉伸变形作用下的断裂机制和裂纹扩展行为,同时分析了应变率效应对Nb₃Sn单晶断裂机制与裂纹扩展行为的影响。结果表明：不含裂纹的Nb₃Sn单晶在结构受力后出现滑移,滑移带上位错塞积导致应力集中,应力集中使原子键断裂从而萌生裂纹致使Nb₃Sn单晶断裂;而含中心裂纹的Nb₃Sn单晶则由于裂纹尖端应力集中使得原子键断裂形成微裂纹,裂纹扩展致使Nb₃Sn单晶断裂。Nb₃Sn单晶在不同的应变率下表现出不同的断裂机制,在低应变率下表现为脆性断裂,而在高应变率下表现为韧性断裂。     

纳观尺度裂纹扩展微观机理的晶体相场法研究

采用晶体相场方法模拟不同预变形量的样品在单轴拉应变作用下的纳观裂纹扩展行为.观察纳观尺度的裂纹演化过程,结果表明：对于无预变形的样品,在拉应变作用下,由于裂口处应变集中,当应变量达到临界值时,裂口开始起裂并伴随位错出现,随着裂尖的前进位错伴随着裂尖而滑移.对于预变形的样品,在较小的临界应变值裂口起裂,且预变形量越大,裂纹越易起裂和扩展.在裂纹扩展早期阶段呈现出扩展-转向-扩展的长大特征,其本质是裂纹扩展由于裂尖附近的位错滑移受阻引起应变集中,造成主次原子晶面方向的原子键交替断裂,使得裂尖扩展沿[√3,1]和[√3,-1]方向交替改变而前进,裂纹边缘呈锯齿形状.样品的裂纹扩展后期出现显著的类似解理裂纹扩展行为,解理方向沿[√3,1]和[√3,-1]方向,且预变形量大的样品裂纹解理扩展更明显且扩展较快.     

哈龙1211分子在外电场中的物理特性研究

采用密度泛函理论,在B3LYP/6-311++G(d,p)基组水平上对分子进行优化,研究了在不同外电场下,哈龙1211分子的键长、体系总能量、偶极矩、能级、能隙、电荷分布和红外光谱的变化规律。计算结果表明,电场方向不同,键长的变化趋势也不同。随着外电场(-0.02a.u.—0.03a.u.)的增加,C-Br间的键长随x轴方向电场的增加可能先趋于断裂,而C-Cl间的键长随y轴方向的增加可能最先趋于断裂,这对利用外电场解离哈龙1211分子有着重要意义。体系总能量和能隙随着外电场的增加先增大后减小,而偶极矩的变化趋势相反。另外,随着电场的增加,红外光谱的最强峰先发生蓝移再发生红移。     

H,He对Ti_3SiC_2材料力学性能影响的第一性原理研究

层状三元化合物Ti_3SiC_2兼具陶瓷与金属的优良性能而得到诸多研究领域的关注.本工作采用第一性原理密度泛函理论研究了氢、氦对该材料解理断裂行为的影响,以期探讨Ti_3SiC_2作为核应用材料的可行性.结果表明Si—Ti相对较弱的化学键使之相应的原子层间成为解理断裂面.氢与氦都易在此原子层间聚集.氦的聚集严重降低材料的解理断裂临界应力促使材料的断裂,而氢则对该临界应力影响不大.两者的差异源于这两类原子与材料中晶体原子相异的电子杂化行为.     

Mn掺杂Fe2B晶体结构、力学性能及电子结构的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,本文系统地研究了Fe8-xMnxB4 (x = 0, 0.25, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ,8)的晶体结构、机械性能和电子结构。计算得到Fe2B的晶格常数与实验值相符,所有相都具有良好的热力学稳定性和机械稳定性。随着Mn掺杂浓度逐渐增大,Fe8-xMnxB4的各向异性先减弱后增强,Fe7.75Mn0.25B4的各向异性最弱。当Mn掺杂浓度较低时,Fe8-xMnxB4的硬度略微降低,韧性增强。除了Fe7Mn1B4、Fe6Mn2B4、Fe5Mn3B4、Fe4Mn4B4之外,其余的Fe8-xMnxB4相的韧性均比Fe2B好。由电子结构可以发现,Fe8-xMnxB4的力学性能主要由Fe-B键或Mn-B键决定。Mn掺杂到Fe2B中会使得B-B共价键增强,Fe2B的本征脆性得到改善,同时Fe2B的磁性不断减弱。     

Ab initio study on the anisotropy of mechanical behavior and deformation mechanism for boron carbide

The mechanical properties and deformation mechanisms of boron carbide under a-axis and c-axis uniaxial compression are investigated by ab initio calculations based on the density functional theory.Strong anisotropy is observed.Under a-axis and c-axis compression,the maximum stresses are 89.0 GPa and 172.2 GPa respectively.Under a-axis compression,the destruction of icosahedra results in the unrecoverable deformation,while under c-axis compression,the main deformation mechanism is the formation of new bonds between the boron atoms in the three-atom chains and the equatorial boron atoms in the neighboring icosahedra.     

Pressure-induced weak moment in the two-dimensional antiferromagnet (C2H5NH3)2CuCl4

Abstract

The two-dimensional Heisenberg antiferromagnet (C₂H₅NH₃)₂CuCl₄ has the ferromagnetic intralayer exchange interaction, while the extremely weak interlayer exchange interaction is antiferromagnetic. Neutron scattering experiments under high pressures have been performed on this compound. We confirm that the spin structure changes around 1～2 GPa from the collinear alignment along the a-axis to a spin-canting one. The weak moment due to the canting is parallel to the c-axis. The results indicate that the ferromagnetic intralayer and the antiferromagnetic interlayer exchange interactions are maintained up to 1～2 GPa. Why the weak ferromagnetic moment along the c-axis occurs is due to a lowering of crystal symmetry by pressure.     

Anisotropic transport properties in the phase-separated La_(0.67)Ca_(0.33)MnO_3/NdGaO_3 (001) films

The anisotropic transport property was investigated in a phase separation La_(0.67)Ca_(0.33)MnO_3(LCMO) film grown on(001)-oriented Nd GaO_3(NGO) substrate. It was found that the resistivity along the b-axis is much higher than that along the a-axis. Two resistivity peaks were observed in the temperature dependent measurement along the b-axis, one located at 91 K and the other centered at 165 K. Moreover, we also studied the response of the resistivities along the two axes to various electric currents, magnetic fields, and light illuminations. The resistivities along the two axes are sensitive to the magnetic field. However, the electric current and light illumination can influence the resistivity along the b-axis obviously, but have little effect on the resistivity along the a-axis. Based on these results, we believe that an anisotropicstrain-controlled MnO_6 octahedra shear-mode deformation may provide a mechanism of conduction filaments paths along the a-axis, which leads to the anisotropic transport property.     

Transport anomalies and the role of pseudogap in the 60-K phase of YBa(2)Cu(3)O(7-delta)

We report the result of our accurate measurements of the a- and b-axis resistivity, Hall coefficient, and the a-axis thermopower in untwinned YBa(2)Cu(3)O(y) single crystals in a wide range of doping. It is found that both the a-axis resistivity and the Hall conductivity show anomalous dependences on the oxygen content y in the 60-K phase below the pseudogap temperature T(*). The complete data set enables us to narrow down the possible pictures of the 60-K phase, with which we discuss a peculiar role of the pseudogap in the charge transport.     

压强下TaB和TaB2力学和超导性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法, 在广义梯度近似下研究了TaB和TaB2在不同压强下的弹性常数、原子结构、电子结构以及超导性质及其对两者物理性质不同进行了比较. 计算结果表明随着压强的增加, 弹性常数和体弹模量随之增加, 而相对晶格常数a/a0, b/b0, c/c0和相对体积V/V0随压强增加而减小. 在高压下, TaB沿着a轴方向的压缩性要比b轴方向大, 而b轴方向的压缩性要比c轴方向大; TaB2是沿着c轴方向的压缩性要比a轴方向的压缩性大. 电子结构分析表明TaB2的原子态杂化程度比TaB的原子态杂化程度要高, 这与TaB2的体弹模量比TaB的体弹模量高的结果相一致. 依据Bardeen-Cooper-Schrieffer超导理论, TaB和TaB2费米能级处态密度的值随着压强的增加而降低, 说明它们的超导转变温度Tc随着压强的增加而降低.     

Elasticity and polarization of Ga<Subscript>x</Subscript>Al<Subscript>1-x</Subscript>N alloys subjected to uniaxial and biaxial compression

Elasticity and polarization of Ga_xAl_1-xN alloys subjected to uniaxial and homogeneous biaxial compression are calculated using first-principles methods. The uniaxial compression along the c-axis reduces Young’s modulus along the c-axis, and enhances bulk modulus and total polarization, whereas the biaxial compression in the plane perpendicular to the c-axis enhances bulk and Young’s moduli. It is also found that when the in-plane biaxial compression is applied by constraining the a-axis lattice constant to that of AlN, the bulk and Young’s moduli dramatically increase with increasing Ga concentration, and the total polarization could be suppressed, even annihilated, and finally enhanced by controlling Ga concentration.     

TiB2高压下的电子结构研究

 用自洽的LMTO-ASA方法计算了TiB₂压缩状态下的电子结构。计算中考虑了除自旋-轨道耦合外的所有相对论效应。结果表明，随着压缩程度的增加，Ti-B之间的轨道杂化程度也增加，而在电子能带结构中出现了一个新的赝能隙（Pseudogap）或低谷。该赝能隙与高压下晶体结合更加紧密是联系在一起的。从Ti到B的电荷转移随压缩程度的增加而减小，但在所考虑的压缩范围内，这一效应不显著。     

Evidence for universal signatures of Zeeman-splitting-limited pseudogaps in superconducting electron- and hole-doped cuprates

We probe the "normal" state in electron-doped (n-type) Sm2-xCexCuO4-delta through interlayer tunneling transport in magnetic fields up to 45 T. The behavior of intrinsic high-field c-axis negative magnetoresistance (MR), which is accessed in small 30 nm-high mesa structures, is characteristic of the pseudogap state. It follows a universal correlation between the excess low-energy dissipation due to the pseudogap and its closing field Hpg and is in close correspondence with the hole-doped (p-type) Bi2Sr2CaCu2O8+y. The MR in the mesas and in the bulk crystals consistently gives a Zeeman relation between the pseudogap temperature T* and its closing field, pointing to a preeminent role of spin-singlet correlations in forming the pseudogap in cuprates, regardless of their n or p type.     

镁离子电池正极材料VS_4掺杂改性的第一性原理研究

阳离子掺杂能够有效提高材料的电化学性能,而对掺杂材料结构和电化学性质的研究能从理论上解释产生这种变化的原因.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了过渡族金属掺杂的镁离子电池正极材料TM_(0.125)V_(0.875)S_4(TM=Mo、Fe、Co、Ni)的几何和电子结构变化,计算结果显示:通过采用范德华力修正的GGA+vdw-DF方法,获得了和实验结果相一致的晶格常数.阳离子掺杂后,a轴和b轴晶格常数减小,而c轴晶格常数增大.电子态密度分析表明离子掺杂能够有效降低带隙,提高材料的电子电导率.通过对镁离子扩散进行微动弹性带(NEB)计算,发现Fe掺杂能够有效降低扩散能垒,提高材料的离子迁移率.     

ErFe11-xCoxTi化合物的结构与磁性研究

粉末样品的X射线衍射和热磁曲线测量表明，所有的ErFe_11-xCo_xTi(x=0—11)化合物都结晶ThMn₁₂型结构，且具有良好的单相性.Co替代Fe导致居里温度的显著提高和晶格常数的单调减小，4.2K下的饱和磁化强度M_s随Co含量的增加在x=3处呈现极大值.ErFe_11-xCo_xTi化合物当x≤4时，在室温下具有单轴磁晶各向异性，当6≤x≤9时，样品的易磁化方向垂直于c轴 关键词：