5d过渡金属原子掺杂氮化铝纳米管电子结构、磁性性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法, 研究了5d过渡金属原子(Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg)取代AlN纳米管(AlNNTs)中的铝原子或氮原子时体系的几何结构、电子结构和磁性性质; 并且以理想AlN纳米管(AlNNTs)、Al缺陷体系(VAl)和N缺陷体系(VN)的结果作为对比. 研究发现: 5d 原子取代Al(Al5d)时体系的局域对称性接近于C3v, 但是取代N(N5d)时体系的局域对称性偏离C3v对称性较大; 当掺杂的5d元素相同时, Al5d的成键能比N5d的成键能大; 当掺杂体系相同时(Al5d或N5d), 其成键能基本上随着5d原子的原子序数的增大而降低; 掺杂体系中出现了明显的杂质能级, 给出了态密度等结果; 不同掺杂情况的磁矩不同, 总磁矩呈现出较强的规律性. 利用C3v对称性和分子轨道理论解释了过渡金属原子取代Al时杂质能级的产生和体系磁性的变化规律.     

5d过渡金属原子掺杂氮化铝纳米管电子结构、磁性性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法, 研究了5d过渡金属原子(Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg)取代AlN纳米管(AlNNTs)中的铝原子或氮原子时体系的几何结构、电子结构和磁性性质; 并且以理想AlN纳米管(AlNNTs)、Al缺陷体系(VAl)和N缺陷体系(VN)的结果作为对比. 研究发现: 5d 原子取代Al(Al5d)时体系的局域对称性接近于C3v, 但是取代N(N5d)时体系的局域对称性偏离C3v对称性较大; 当掺杂的5d元素相同时, Al5d的成键能比N5d的成键能大; 当掺杂体系相同时(Al5d或N5d), 其成键能基本上随着5d原子的原子序数的增大而降低; 掺杂体系中出现了明显的杂质能级, 给出了态密度等结果; 不同掺杂情况的磁矩不同, 总磁矩呈现出较强的规律性. 利用C3v对称性和分子轨道理论解释了过渡金属原子取代Al时杂质能级的产生和体系磁性的变化规律.     

5d过渡金属原子掺杂氮化铝纳米管电子结构、磁性性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,研究了5d过渡金属原子(Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg)取代Al N纳米管(Al NNTs)中的铝原子或氮原子时体系的几何结构、电子结构和磁性性质;并且以理想Al N纳米管(Al NNTs)、Al缺陷体系(VAl)和N缺陷体系(VN)的结果作为对比.研究发现:5d原子取代Al(Al5d)时体系的局域对称性接近于C3v,但是取代N(N5d)时体系的局域对称性偏离C3v对称性较大;当掺杂的5d元素相同时,Al5d的成键能比N5d的成键能大;当掺杂体系相同时(Al5d或N5d),其成键能基本上随着5d原子的原子序数的增大而降低;掺杂体系中出现了明显的杂质能级,给出了态密度等结果;不同掺杂情况的磁矩不同,总磁矩呈现出较强的规律性.利用C3v对称性和分子轨道理论解释了过渡金属原子取代Al时杂质能级的产生和体系磁性的变化规律.     

氧、硫掺杂六方氮化硼单层的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论和投影缀加平面波的第一性原理计算方法, 研究了六方氮化硼单层(h-BN)中的氮原子缺陷(V_N)、氧原子取代氮原子(O_N)和硫原子取代氮原子(S_N)时的几何结构、磁性性质和电子结构.研究发现, V_N和O_N体系形变较小, 而S_N体系形变较大; h-BN本身无磁矩, 但具有N缺陷或者掺杂后总磁矩都是1 μ_B; 同时给出了态密度和能带结构.利用掺杂体系的局域对称性和分子轨道理论解释了相关结果, 尤其是杂质能级和磁矩的产生. 关键词： 六方BN单层 第一性原理计算 密度泛函理论 分子轨道理论     

压力及杂质氢对金属锂弹性特性的影响

针对六角密堆金属锂16个原子超晶胞(supercell)、填隙一个氢原子的周期单元，采用基于密度泛函理论的平面波-赝势方法，研究了零温条件下压力及填隙氢掺杂对体系弹性性质的影响.结果表明氢掺杂导致体系的体模量增加.常压下掺杂体系的弹性常数C₁₁，C₃₃，C₆₆和C₁₂高于单质体系，剪切模量C₄₄有所下降，而C₁₃则与单质体系持平.压力作用下C₁₁，C₃₃和C₆₆一直大于单质体系，但C₁₂的值低于单质体系.在2GPa—4GPa压力区间内，弹性常数C₁₃呈反常变化，小于单质体系；在高压区掺杂体系的C₄₄和C₁₃则高于单质体系的相应量值，压力导致掺杂体系和单质体系之间剪切模的偏离加剧.掺杂体系在压力作用下依然保持压缩模的各向同性，具有和单质体系相似的特性. 关键词： 第一性原理 压力效应 弹性常数 金属锂     

碳掺杂硼氮纳米管电子场发射的第一性原理研究

对闭口硼氮纳米管（BNNT）顶层掺碳体系,运用第一性原理研究了电子场发射性能.结果表明,掺碳的BNNT体系电子结构变化显著;外电场愈强,体系态密度向低能端移动幅度愈大,且最高占据分子轨道（HOMO）/最低未占据分子轨道（LUMO）能隙愈小.体系态密度和局域态密度,HOMO和LUMO及其能隙分析一致表明,各种碳掺杂体系中C_eqBNNT的场发射性能最佳. 关键词： 硼氮纳米管 碳掺杂 第一性原理     

等离子体增强化学气相沉积法制备立方氮化硼薄膜过程中的表面生长机理

利用感应耦合等离子体增强化学气相沉积法以Ar，He，N₂和B₂H₆为反应气体制备了高纯立方氮化硼薄膜.用四极质谱仪对等离子体状况进行了系统的分析，发现B₂H₆完全被电离而N₂只是部分被电离.H₂和过量的N₂在等离子体中生成大量中性的H原子和活化的N^*₂，它们与表面的相互作用严重地阻碍了立方 关键词： 立方氮化硼薄膜 等离子体 质谱     

一维应变加载下单晶铁结构转变的微观研究

采用嵌入原子势和分子动力学方法,模拟了单晶铁在一维应变条件下由体心立方（bcc）转变为六角密排（hcp）结构的微观过程. 当应变加载至相变临界值时,hcp相开始均匀形核并沿{011}晶面长大为薄片状体系.弹性常数C₃₁和C₃₂在相变前被逐渐硬化,C₃₃则在相变前出现软化行为;当体系完全相变后,上述各弹性常数显示开始随体积压缩而迅速硬化,温度效应对晶格具有软化作用,可削弱C₃₃的硬化和软化过程;样品在压缩过程可出现孪晶结构,孪晶结构使晶格发生剪切变形.混合相中,hcp相势能比bcc相高,最大剪应力方向与bcc相反向;系统的偏应力与hcp相质量分数近似呈线性关系. 关键词： 结构转变 分子动力学 一维应变     

TinLa（n=1—7）的密度泛函研究

采用密度泛函理论（B3LYP）和LANL2DZ基组,对Ti_n和Ti_nLa（n=1—7）的各种异构体进行优化,并计算了它们的振动频率和电子结构特征.通过分析掺杂La原子前后团簇的平均键长、对称性、束缚能、能级间隙和磁矩,讨论了La原子引起Ti_n（n=1—7）团簇各种性质的变化及其产生机理. 关键词： 密度泛函 基态结构 稳定性 磁矩     

B2C(1A1)和BC2(2A′)的结构与解析势能函数

采用单双取代的二次组态相互作用方法，分别选用6-311++G(d,p)和6-311G(df,pd)基组，对B₂C和BC₂分子的结构进行了优化，得到这两个分子的基态结构为C_2v和C_s，基态电子状态为¹A₁和²A′，同时还得到了它们的平衡几何结构、离解能、谐振频率和力常数. 关键词： 碳化硼 Murrell-Sorbie函数 谐振频率 势能函数     

5d过渡金属原子吸附氮化硼纳米管的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了氮化硼纳米管六元环中心吸附5d过渡金属原子后体系的几何结构,电子结构和磁性性质.研究发现,吸附原子向一个氮原子或硼原子偏移;吸附体系在费米能级附近出现明显的杂质能级;各个体系的总磁矩随原子序数出现规律性变化,局域磁矩主要分布在吸附原子上.     

N2O异构体结构与解析势能函数

在B3P86/cc-PVTZ水平上,对N₂O异构体进行优化计算,得出N₂O基态的单重态能量最低,其稳定构型为C_∞v构型,平衡核间距R₁=0.1121nm,R₂=0.1177nm,α＝180°,能量为-185.1188a.u.同时计算出基态的简正振动频率ω₁(Π)=601.5010 cm^{关键词： 异构体 多体项展式理论 解析势能函数}     

带有Dzyaloshinski-Mariya相互作用的两比特XXZ模型的纠缠量子热机

以带有Dzyaloshinski-Mariya 相互作用的两比特XXZ模型为工作物质构建纠缠量子热机. 在量子热力学平衡态下, 采用Kieu的形式描述了做功与热传递.对于不同的各向异性参数, 分析了热机循环中量子纠缠与热传递、做功以及机械效率等热力学量之间的关系. 结果表明: 在这个纠缠体系中, 热力学第二定律依然成立; 机械效率的等值线图是环状曲线; 当各向异性参数Δ较小时, 热机在C₁ > C₂ 和C₁ < C₂ 两区域运行, 当增大Δ值时, 热机只在C₁ > C₂ 区域运行. 关键词： 量子热机 并发度 机械效率     

含空位二维六角氮化硼电子和磁性质的密度泛函研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究了含B原子空位(V_B), N原子空位(V_N), 以及含B–N键空位 (V_B+N)缺陷的二维氮化硼(h-BN)的电子和磁性质. 在微观结构上, V_B体系表现为在空位附近的N原子重构成等腰三角形, V_N体系靠近空穴的B 原子形成等边三角形, V_B+N体系靠近空穴处的B和N原子在h-BN平面上重构为梯形. 三种空位缺陷都使h-BN的带隙类型从直接带隙转变为间接带隙. V_B体系的总磁矩为1.0 μ_B, 磁矩全部由N原子贡献. 其中空穴周围的三个N原子磁矩方向不完全一致, 存在着铁磁性和反铁磁性两种耦合方式. 对于V_N 体系, 整个晶胞内的总磁矩也为1.0 μ_B, 磁矩在空穴周围区域呈现一定的分布. 关键词： 二维h-BN 空位 电子结构 磁性     

Fe原子薄片的磁性:第一性原理计算

使用基于密度泛函理论的第一原理方法,对Fe单层原子薄片在二维正方、二维六角晶格下的电子结构和磁学性质进行了系统研究.结果表明,二维正方、二维六角以及bcc晶格在平衡晶格常数下都具有磁性,其单位原子磁矩分别为2.65,2.54和2.20μ_В.对二维晶格在被压缩和被拉伸时的磁性计算表明,随着晶格的被拉伸,当最近邻原子间距大于4.40时,铁原子间的键合被拉断,体系单位原子的磁矩趋于孤立Fe原子的磁矩4μ_В;随着原子键长的减小,各体系的磁矩 关键词： Fe 原子薄片 磁性 从头计算     

Co@Au_n(n=1～8)团簇的几何结构和电子性质的理论研究

本文利用密度泛函PW91方法研究了Co@Au_n（n=1～8）团簇的平衡结构、稳定性和磁矩.结构优化显示Co原子在低能异构体中趋于占据最高配位位置,基态Co@Au_n（n=2～6）团簇为二维结构,Co@Au₇和Co@Au8转变为三维结构.原子平均结合能、二阶能量差分及HOMO-LUMO能级间隙分析表明掺杂Co原子提高了金团簇的稳定性,改变了金团簇能级间隙的奇偶振荡性,n=5为掺杂团簇的幻数.磁矩的计算揭示Co@Au_n团簇的磁性主要源于Co原子的3d轨道.     

钴铝共掺3C-SiC电子结构和磁性的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,分别计算了不同Co原子比例单掺杂、Al原子单掺杂和Co-Al共掺杂3C-SiC的电子结构和磁性参数.结果表明:随着掺杂Co原子比例的增大,单个Co原子对体系总磁矩贡献的平均值反而减小.由电子态密度分析掺杂3C-SiC体系中的磁性来源,主要是由Co-3d以及Co原子附近的C-2p电子轨道的自旋极化产生的. Al单掺3C-SiC时体系中每个原子的平均磁矩和体系总磁矩均为0,即Al单掺杂体系不具有磁性.而Co-Al共掺杂得到的体系总磁矩比单掺等量Co时要大约0. 09μB,即Co-3d与Al-3p电子轨道发生轨道杂化,使得Co-Al共掺杂可以增大Co原子对体系总磁矩的贡献.     

阳离子空位磁矩起因探讨

运用群论和分子轨道理论的方法, 系统地研究了非掺杂磁性半导体中阳离子空位产生磁矩的原因, 并用海森堡模型阐明了磁矩之间的交换耦合机理. 研究发现: 阳离子空位磁矩的大小与占据缺陷能级轨道的未配对电子数有关, 而缺陷能级的分布与空位的晶场对称性密切相关; 通过体系的反铁磁状态和铁磁状态下的能量差估算交换耦合系数J₀, 交换耦合系数J₀的正负可以用来预测磁矩之间的耦合是否为铁磁耦合:J₀>0, 则表明磁矩之间的耦合为铁磁耦合, 反之为反铁磁耦合. 最后指出空位的几何构型发生畸变(John-Teller效应)的原因: 缺陷能级轨道简并度的降低与占据缺陷能级轨道的电子的数目有直接的关系.     

Cr掺杂ZnS纳米管结构和磁性质（英文）

采用第一性原理密度泛函理论系统研究Cr原子单掺杂和双掺杂单壁Zn S纳米管的结构和磁性质.研究发现掺杂纳米管的形成能比纯纳米管的形成能低,说明掺杂过程是放热的.单掺杂纳米管的总磁矩主要来自Cr原子3d态的贡献.结果表明Cr原子掺杂单壁Zn S纳米管趋向于铁磁态.但铁磁态和反铁磁态的能量差仅为0.036 e V.为获得室温铁磁性,我们用一个C原子替代掺杂体系中的一个S原子.计算发现铁磁态的能量比反铁磁态低0.497e V.表明此掺杂体系可能获得室温铁磁性.     

{Cu3}单分子磁体在磁场中的热纠缠

本文研究单分子磁体Na₉[Cu₃Na₃(H₂O)₉ (α-AsW₉O₃₃)₂]·26H₂O中三角自旋 环在磁场作用下的热纠缠性质, 利用数值计算求出任意两个Cu²⁺离子量子比特之间的配对纠缠度, 分别记为C₁₂, C₂₃和C₁₃. 研究结果表明, 磁场的方向和大小以及温度对配对纠缠度具有重要影响, 而且参数的变化对C₁₂, C₂₃和C₁₃的影响也是各不相同. 给出外加三个不同方向的磁场时, 配对纠缠度C₁₂, C₂₃和C₁₃各自对应的临界温度T_c随磁场强度的变化图, 由此可以得到单分子磁体三角自旋环中存在纠缠态的参数范围. 通过选择适当的磁场方向和大小以及温度等实验参数, 可以有效地调节和提高单分子磁体中的配对纠缠度. 关键词： 配对纠缠 单分子磁体 三角自旋环