第一性原理研究Co2MnSi和Co2MnGe半金属与磁性的稳定性

基于广义梯度近似密度泛函和全势能线性缀加平面波方法,对Co2MnSi和Co2MnGe在晶格常数发生变化的情况下进行电子结构和磁矩的自旋极化计算,得到了它们的自旋态密度分布以及总磁矩和各原子磁矩。计算结果的分析表明：（1）Co2MnSi 和Co2MnGe具有半金属性质;（2）晶格常数的改变分别为-5%~ 4%和-6%~1%时,Co2MnSi 和 Co2MnGe仍保持稳定的半金属质性;（3）Co2MnSi 和Co2MnGe的总磁矩为5.00µB/formula。总磁矩主要来源于Mn和Co的原子磁矩,Si和Ge的原子磁矩对总磁矩的贡献极小而且为负值。（4）Co2MnSi 和 Co2MnGe的晶格常数变化分别为-6% ~ 6%和-7%~ 4%时,虽然各原子磁矩都发生了变化,但是它们总磁矩稳定于5.00µB/formula.     

第一性原理研究闪锌矿结构MnSb和MnBi半金属性和磁性的稳定性

采用基于第一性原理的全势能线性缀加平面波方法对闪锌矿结构MnSb和MnBi的电子结构进行自旋极化计算。闪锌矿结构MnSb和MnBi处于晶格平衡时都是半金属性的,并且它们自旋向下电子能带带隙分别是1.32eV 和1.27eV。闪锌矿结构MnSb和MnBi的自旋总磁矩都为4.00μB/formula,总磁矩主要来源于Mn的原子磁矩,Sb和Bi的原子磁矩对总磁矩的贡献很小而且为负值,它们具有明显的铁磁性特征. 使晶体晶格在±10%的范围内发生各向同性形变,对闪锌矿结构MnSb和MnBi的电子结构进行计算. 计算结果表明,当晶格各向同性形变分别为-1 % ~ 10 %和-4 % ~10 %时,闪锌矿结构MnSb和MnBi仍然保持半金属铁磁性,并且总磁矩都稳定于4.00μB/formula.     

第一性原理研究闪锌矿结构MnSb和MnBi半金属性和磁性的稳定性

采用基于第一性原理的全势能线性缀加平面波方法对闪锌矿结构MnSb和MnBi的电子结构进行自旋极化计算。闪锌矿结构MnSb和MnBi处于晶格平衡时都是半金属性的,并且它们自旋向下电子能带带隙分别是1.32eV 和1.27eV。闪锌矿结构MnSb和MnBi的自旋总磁矩都为4.00μB/formula,总磁矩主要来源于Mn的原子磁矩,Sb和Bi的原子磁矩对总磁矩的贡献很小而且为负值,它们具有明显的铁磁性特征. 使晶体晶格在±10%的范围内发生各向同性形变,对闪锌矿结构MnSb和MnBi的电子结构进行计算. 计算结果表明,当晶格各向同性形变分别为-1 % ~ 10 %和-4 % ~10 %时,闪锌矿结构MnSb和MnBi仍然保持半金属铁磁性,并且总磁矩都稳定于4.00μB/formula.     

第一性原理研究闪锌矿结构MnSb和MnBi半金属性和磁性的稳定性

采用基于第一性原理的全势能线性缀加平面波方法对闪锌矿结构MnSb和MnBi的电子结构进行自旋极化计算.闪锌矿结构MnSb和MnBi处于晶格平衡时都是半金属性的,并且它们自旋向下电子能带带隙分别是1.32 eV和1.27 eV.闪锌矿结构MnSb和MnBi的自旋总磁矩都为4.00μB/formula,总磁矩主要来源于Mn的原子磁矩,Sb和Bi的原子磁矩对总磁矩的贡献很小而且为负值,它们具有明显的铁磁性特征.使晶体晶格在±10％的范围内发生各向同性形变,对闪锌矿结构MnSb和MnBi的电子结构进行计算.计算结果表明,当晶格各向同性形变分别为-1％～10％和-4％～10％时,闪锌矿结构MnSb和MnBi仍然保持半金属铁磁性,并且总磁矩都稳定于4.00μs/formula.     

第一性原理研究闪锌矿结构CrSe和CrAs半金属铁磁性的稳定性

运用第一性原理的全势能线性缀加平面波方法对闪锌矿结构CrSe和CrAs的电子结构进行自旋极化计算。闪锌矿结构CrSe和CrAs处于晶格平衡时都具有半金属性,它们自旋向下的电子能带带隙分别为3.38eV 和1. 79eV,同时,它们的自旋总磁矩分别为4.00和3.00μB/formula。自旋总磁矩主要来源于Cr的原子磁矩,Se和As的原子磁矩对总磁矩的贡献很小而且为负值,因而它们具有明显的铁磁性特征. 使晶体晶格在±10%的范围内发生各向同性形变,对闪锌矿结构CrSe和CrAs的电子结构进行计算. 计算结果表明,当晶格各向同性形变分别为-4 % ~ 10 %和-2 % ~10 %时,闪锌矿结构CrSe和CrAs仍然保持半金属铁磁性,并且总磁矩都稳定于4.00和3.00μB/formula.     

第一性原理研究闪锌矿结构CrSe和CrAs半金属铁磁性的稳定性

运用第一性原理的全势能线性缀加平面波方法对闪锌矿结构CrSe和CrAs的电子结构进行自旋极化计算.闪锌矿结构CrSe和CrAs处于晶格平衡时都具有半金属性,它们自旋向下的电子能带带隙分别为3.38 eV和1.79 eV,同时,它们的自旋总磁矩分别为4.00和3.00μ_B/formula.自旋总磁矩主要来源于Cr的原子磁矩,Se和As的原子磁矩对总磁矩的贡献很小而且为负值,因而它们具有明显的铁磁性特征.使晶体晶格在±10%的范围内发生各向同性形变,对闪锌矿结构CrSe和CrAs的电子结构进行计算.计算结果表明,当晶格各向同性形变分别为-4%～10%和-2%～10%时,闪锌矿结构CrSe和CrAs仍然保持半金属铁磁性,并且总磁矩都稳定于4.00和3.00μ_B/formula.     

密度泛函理论研究闪锌矿结构CrTe和VTe半金属铁磁性的稳定性

采用基于密度泛函理论的全势能线性缀加平面波方法对闪锌矿结构CrTe和VTe的电子结构进行自旋极化计算。闪锌矿相CrTe和VTe处于平衡晶格常数时都是半金属性的,它们自旋向下子能带的带隙分别是2.82eV和2.70eV,半金属隙分别是0.89eV和0.33eV. 使晶体相对于平衡晶格在±10%的范围内发生各向同性形变,对闪锌矿相CrTe和VTe的电子结构进行计算,计算结果表明相对于平衡晶格的各向同性形变分别为-6 %~ 10 %和-3 %~10 %时它们仍然具有半金属性质;与此同时,在以上相同的形变范围内闪锌矿相CrTe和VTe的总磁矩分别稳定于4.00 /formula和3.00 /formula. 在晶体相对于平衡晶格发生各向同性形变分别为-6%~10%和-3 %~10 %时,闪锌矿相CrTe和VTe能保持半金属铁磁性。     

第一性原理研究half-Heusler合金CoVTe和FeVTe半金属性及磁性的稳定性

本文构建了half-Heusler合金CoVTe和FeVTe.运用基于第一性原理的全势能线性缀加平面波方法,计算half-Heusler合金CoVTe和FeVTe的电子结构.电子结构的自旋极化计算结果表明,合金CoVTe和FeVTe具有半金属性,它们的半金属隙分别为0.21 eV和0.20 eV.磁性计算结果显示,合金CoVTe和FeVTe的晶胞总磁矩分别为2.00μ_B和1.00μ_B;合金晶胞中过渡金属V具有较强的原子磁矩,Te的原子磁矩较弱,而且为负值.使合金晶格均匀形变△a/a_0在±7%的范围内变化,分别计算CoVTe和FeVTe的电子结构.计算结果表明,晶格均匀形变△a/a_0分别为-7%—+7%和-4.8%—+7%时,合金CoVTe和FeVTe仍然保持半金属性,并且晶胞总磁矩分别稳定于2.00μ_B和1.00μ_B.     

第一性原理研究semi-Heusler合金CoCrTe和CoCrSb的半金属性和磁性

采用第一性原理的全势能线性缀加平面波方法,对semi-Heusler合金CoCrTe和CoCrSb的电子结构进行自旋极化计算.CoCrTe和CoCrSb处于平衡晶格常数时是半金属性铁磁体,其半金属隙分别为0.28和0.22 eV,晶胞总磁矩为3.00μB和2.00μB.CoCrTe和CoCrSb的晶胞总磁矩主要来自于Cr原子磁矩.Co,Te和Sb的原子磁矩较小,它们的磁矩方向与Cr原子的磁矩方向相反.使晶格常数在±13%的范围内变化(相对于平衡晶格常数),并计算CoCrTe和CoCrSb的电子结构.计算研究表明,CoCrTe和CoCrSb的晶格常数变化分别在-11.4%—9.0%和-11.2%—2.0%时仍具有半金属性,并且它们晶胞总磁矩稳定于3.00μB和2.00μB.     

第一性原理研究half-Heusler合金VLiBi和CrLiBi的半金属铁磁性

构建只含有一种过渡金属元素的half-Heusler合金VLiBi和CrLiBi.采用第一性原理的全势能线性缀加平面波方法计算half-Heusler合金VLiBi和CrLiBi的电子结构.计算结果表明,VLiBi和CrLiBi是半金属性铁磁体,它们的半金属隙分别是0.25 eV和0.46 eV,晶胞总磁矩分别为3.00 μ_B和4.00 μ_B.磁性计算结果显示,晶胞总磁矩主要来源于V和Cr的原子磁矩,Li和Bi的原子磁矩较弱,而且Bi的原子磁矩为负值.利用平均场近似方法计算合金的居里温度T_C,VLiBi和CrLiBi的居里温度（T_C）的估算值分别为1401 K和1551 K.使晶格常数在±10%的范围内变化,分别计算VLiBi和CrLiBi的电子结构.计算研究表明,晶格常数在-5.6%–10%和-6.9%–10%的范围内变化时VLiBi和CrLiBi仍具有半金属性,并且晶胞总磁矩稳定于3.00 μ_B和4.00 μ_B.采用局域密度近似（LDA）+U（电子库仑相互作用项）的方法计算VLiBi和CrLiBi的电子结构,当U的取值增大到5 eV时VLiBi和CrLiBi仍保持半金属性.此外,采用考虑自旋-轨道耦合（spin-orbit coupling,SOC）效应的广义梯度近似（GGA）+SOC方法计算VLiBi和CrLiBi的电子结构,计算结果显示有微弱的自旋向下能带穿过费米能级,此时VLiBi和CrLiBi在费米面处的自旋极化率分别为98.8%和94.3%,它们的晶胞总磁矩分别为3.03 μ_B和4.04 μ_B.VLiBi的半金属性几乎不受SOC效应的影响,而CrLiBi在费米面处仍有较高的自旋极化率.     

几种纤锌矿相硫族和磷族半金属铁磁体磁电性能的第一性原理

采用基于密度泛函理论中的广义梯度近似的第一性原理研究, 优化了纤锌矿结构化合物CrX(X=As、Sb、O、Se和Te)的几何结构, 并详细计算了它们的磁电性能． 结果表明, 这些磷族或硫族化合物在费米面处的自旋极化率均为100%, 分子磁矩分别为整数3.00和4.00 μB; 分子磁矩主要来自于Cr离子; 磷族和硫族化合物中存在亚铁磁性耦合; 它们的居里温度均较高; 磷族和硫族化合物中Cr离子的电子结构分别为a²_1g↑↓t⁴_1u↑↓t¹_1u↑e²_g↑和a²_1g↑↓t⁴_1u↑↓t¹_1u↑t³_2g↑.     

强磁场下ITER垂直稳定性线圈的电磁性能研究

垂直稳定性线圈是ITER托卡马克装置中用以维持等离子体垂直稳定性的核心部件,然而该线圈处于强磁环境下,一旦线圈励磁运行以后,线圈电流与外部背景场交互作用激发的电磁载荷将会对线圈产生强烈的电磁冲击.为了分析稳态和瞬态电磁载荷对线圈结构的影响,首先采用电流丝等效模型并基于椭圆积分计算了背景场线圈和等离子体电流的磁场,以及极端运行状态下背景场所诱发的电磁力.在电磁计算的基础上,创建循环对称磁-结构耦合分析模型并采用间接耦合法,将电磁力密度以载荷边界条件插值到结构分析模型,计算评估线圈在稳态电磁载荷下的力学性能.此外,针对脉冲电流引起的电磁疲劳,采用ASME主应力方向恒定的疲劳设计规范,结合Goodman修正法并以无限次循环条件下材料应力强度为评定标准,对线圈各组件的应力进行了评定,结果表明线圈各组件均有足够的安全裕度.该分析方法可为托卡马克其它磁体线圈的电磁性能评估提供参考.     

Magnetic and electronic structure calculations of antiferromagnetic Mn2As

Magnetic and electronic structure calculations are performed for Mn₂As with antiferromagnetic (AFM), ferromagnetic (FM), and ferrimagnetic (FIM) spin ordering, using the full-potential linearized augmented plane-wave (FLAPW) method based on the generalized gradient approximation (GGA). It is shown that AFM is the magnetic ground state of Mn₂As, which is in agreement with the experimental observations. At a low temperature (0 K), AFM-FIM transition is also predicted which is consistent with the previous predictions. The ground state stability of the magnetic structure of Mn₂As is attributed to the nearest Mn (I) and Mn (II) antiferromagnetic interaction. The calculated magnetic moment of Mn (II) is found to be in good agreement with the neutron diffraction experiment while there is a disagreement for the magnetic moment of Mn (I). The different magnetic moments are reflected in the electronic structures of Mn₂As and the exchange splitting between Mn atoms is shown to be an intra-atomic effect.     

硫化锌纳米管稳定性、电子性质和磁性质的比较研究

用第一性原理方法系统地研究硫化锌纳米管的稳定性、电子性质和掺杂磁性质.比较三种纳米管的稳定性.研究表明,六边形截面的双壁管的稳定性最高,相同截面的单壁管稳定性次之,而圆截面的之字形和扶手椅纳米管稳定性最低.电子能带结构计算表明它们都是直接带隙半导体.纳米管表面氢吸附后,六边形截面的单壁管转变为间接带隙半导体.研究了磁性原子掺杂六边形截面管的磁性质.发现掺杂纳米管的形成能比纯纳米管的形成能低,说明掺杂过程是一个放热反应.纳米管的总磁矩等于掺杂的磁性原子的磁矩.这些单掺杂纳米管在可调磁的新材料方面有潜在的应用价值.     

A First-Principles Study on the Vibrational and Electronic Properties of Zr-C MXenes

Within the framework of density functional theory calculations,the structural,vibrational,and electronic properties of Zr_(n )C_(n-1)(n=2,3,and 4)and their functionalized MXenes have been investigated.We find that the most stable configurations for Zr-C MXene are the ones that the terminal groups F,O,and OH locate on the common hollow site of the superficial Zr layer and its adjacent C layer.F and OH-terminated Zr_3C_(2 )and Zr_4C_(3 )have small imaginary acoustic phonon branches aroundΓpoint while the others have no negative phonon modes.The pristine MXenes(Zr_2C,Zr_3C_(2 )and Zr_4C_3)are all metallic with large DOS contributed by the Zr atom at the Fermi energy.When functionalized by F,O and OH,new hybridization states appear and the DOS at the Fermi level are reduced.Moreover,we find that their metallic characteristic increases with an increase in n.For(Zr_(n )C_(n-1))O_2,Zr_2CO_(2 )is a semiconductor,Zr_3C_2O_(2 )is a semimetal,and Zr_4C_3O_(2 )becomes a metal.     

A First-Principles Investigation of the Structural and Magnetic Stability of Fe/GaAs(001)

The electronic properties of the interface of Fe/GaAs(001) have been investigated by using first-principles and molecular-dynamics techniques. While the ground state is ferromagnetic for all structures considered, a ferrimagnetic spin structure is found to be very close in energy (<1 meV). The observed lowering of the magnetic moments when relaxing the atomic positions is believed to be connected to this close in energy lying metamagnetic state. On the other hand, the magnetic moments of the Fe atoms at the interface are large, which can be explained by the bulk-like behavior of the density ot states of interface atoms.     

原子簇La8-xBaxCuO6的原子磁矩和自旋极化的电子结构研究

利用MS-Xα方法研究了化合物La_2-yBa_yCuO₄的原子磁矩和自旋极化的电子结构.理论计算得到母相氧化物La₂CuO₄的Cu原子磁矩为0.37μ_B，与实验值0.48±0.15μ_B基本一致. 研究结果显示, 由于Ba原子对部分La的替代，使构成化合物的基本原子簇La_8-xBa_xCuO₆的 关键词： 电子结构 自旋极化 磁矩 态密度 超导电性     

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。