高压下NbN结构和电子性质的第一性原理计算

利用密度泛函理论平面波赝势方法研究了NbN五种结构,即NaCl结构(Fm-3m); CsCl结构 (Pm-3m); ZB结构(F4-3m); 六角δ结构(P63/mmc) and ε (P-6m2)结构。本文对NbN五种结构的机械稳定性,弹性性质和高压下的电子结构等都进行了详细的研究。在NbN的五种晶体结构中,我们发现六角结构NbN要比立方结构稳定,这与实验结果相一致。我们还计算了NbN各种结构的晶格常数、体模量,弹性模量以及弹性各向异性等,结果与已有的理论和实验相吻合。同时发现在290GPa左右,NaCl结构转化为CsCl结构。为了更加深入的研究NbN的高压性能,我们研究了NbN的电子性质,结果发现NbN的不同结构具有金属性,并且在高压下原子间的杂化增强。     

高压下NbN结构和电子性质的第一性原理计算

摘要：利用密度泛函理论平面波赝势方法研究了NbN五种结构,即NaCl结构(Fm-3m); CsCl结构 (Pm-3m); ZB结构(F4-3m); 六角δ结构(P63/mmc) and ε (P-6m2)结构。本文对NbN五种结构的机械稳定性,弹性性质和高压下的电子结构等都进行了详细的研究。在NbN的五种晶体结构中,我们发现六角结构NbN要比立方结构稳定,这与实验结果相一致。我们还计算了NbN各种结构的晶格常数、体模量,弹性模量以及弹性各向异性等,结果与已有的理论和实验相吻合。同时发现在290GPa左右,NaCl结构转化为CsCl结构。为了更加深入的研究NbN的高压性能,我们研究了NbN的电子性质,结果发现NbN的不同结构具有金属性,并且在高压下原子间的杂化增强。     

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     

高压下NH_4ClO_4结构、电子及弹性性质的第一性原理研究

研究高压下NH_4ClO_4的结构和性质对于NH_4ClO_4在固体推进剂和炸药的安全应用具有重要意义.采用基于色散校正密度泛函理论的第一性原理方法,研究了0—15 GPa静水压力下NH_4ClO_4的晶体结构、分子结构、电子性质和弹性性质,计算结果与实验值具有较好的一致性.在压强为1,4和9 GPa时,NH_4ClO_4的晶体参数、键长和分子构型等均出现不连续变化,说明了在压强作用下结构发生变化.随着压强增加,氢键增多且作用增强,由分子内氢键向分子内和分子间的氢键转变;导带态密度峰值增加,电子局域性增强,晶体内N-H和Cl-O共价键作用增强,带隙增大,不同相变区域内带隙呈线性关系.0—15 GPa条件下NH_4ClO_4的弹性常数满足力学稳定性标准,采用Voigt-Reuss-Hill方法计算了体积模量B,剪切模量G和杨氏模量E,根据Cauchy压力和B/G值,说明NH_4ClO_4属于韧性材料,随着压强增加韧性增强.     

高压下ErNi2B2C弹性性质、电子结构和热力学性质的第一性原理研究

采用密度泛函理论中的赝势平面波方法研究了高压下超导材料 ErNi₂B₂C 的弹性性质、电子结构和热力学性质.分析表明, 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(DOS)的计算结果显示, 在费米能级(E_F)处的 DOS 峰随外界压强的增大显著降低, 由于 ErNi₂B₂C 相对较高的超导温度(T_c)起因于E_F处的 DOS 峰, 因此推测压强增大可能会降低 ErNi₂B₂C 的 T_c.类似的现象在超导材料 MgB₂和 SrAlSi 中已被发现.此外, 基于准谐德拜模型, 对 ErNi₂B₂C 在高温高压下的热力学性质的研究表明, 在一定范围内, 温度和压强将对其热膨胀系数和热容产生明显的影响. 关键词： 高压 弹性性质 电子结构 热力学性质     

氮化铂在高压下的相变及弹性性质的第一原理计算

用PBE形式下的广义梯度近似（GGA）赝势平面波方法研究了氮化铂的结构相变以及弹性性质,计算了氮化铂的氯化钠（B1）、氯化铯（B2）、闪锌矿（B3）、纤维矿（B4）等四种结构并应用高压下的焓与压强的关系,得出在常温常压下B4结构是最稳定的结构,这与Yu 等人得的结果一致,且 B4→B1及B1→B2的相变压强分别发生在36.7 GPa和 185.4 GPa,同时,研究了B4结构在高压的弹性性质,发现弹性常数、体模量、剪切模量、压缩波速、剪切波速以及德拜温度均随着压强的增大而单调增大     

氮化铂在高压下的相变及弹性性质的第一原理计算

用PBE形式下的广义梯度近似（GGA）赝势平面波方法研究了氮化铂的结构相变以及弹性性质,计算了氮化铂的氯化钠（B1）、氯化铯（B2）、闪锌矿（B3）、纤维矿（B4）等四种结构并应用高压下的焓与压强的关系,得出在常温常压下B4结构是最稳定的结构,这与Yu 等人得的结果一致,且 B4→B1及B1→B2的相变压强分别发生在36.7 GPa和 185.4 GPa,同时,研究了B4结构在高压的弹性性质,发现弹性常数、体模量、剪切模量、压缩波速、剪切波速以及德拜温度均随着压强的增大而单调增大     

高压下TiC的弹性、电子结构及热力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平面波赝势方法 并结合准谐徳拜模型研究了NaCl结构的TiC在高压下的弹性性质、电子结构和热力学性质. 计算所得零温零压下的晶格常数、体弹模量及弹性常数与实验值符合得很好. 零温下弹性常数和弹性模量随压强增大而增大. 通过态密度和电荷密度的分析, Ti-C键随压强增大而增强. 运用准谐德拜模型, 成功计算了TiC在高温高压下的体弹模量、熵、热膨胀系数、徳拜温度、 Grüneisen参数和比热容. 结果表明压强对体弹模量、热膨胀系数和徳拜温度的影响大于温度对其的影响. 热容随着压强升高而减小, 在高温高压下, 热容接近Dulong-Petit极限.     

高压下CaF2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。     

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.     

First-principles study of structural,elastic, electronic and optical properties of RDX under pressure

ABSTRACT

The influences of pressure on structural, elastic, electronic and optical properties of α-RDX under pressure from 0 to 40?GPa have been investigated by performing first-principles calculations. The obtained structural parameters based on the GGA-PBE+G calculations are consistent with previous experimental values. The results of B/G, C₁₂-C₄₄ and Poisson's ratio show that α-RDX has changed to ductility under pressure between 0 and 5?GPa. The obvious rotation of NO₂ group in the equatorial position appears, especially in the range of pressure from 10 to 15?GPa, which influences the elastic and mechanical properties of α-RDX. Moreover, we find that the electrons of α-RDX become more active under higher pressure by comparing the curves of DOS under different pressure. Furthermore, the anisotropy of optical properties under different pressures has been shown.     

First-principles study of structural and elastic properties of CrO2 at high pressure

The structural and elastic properties of CrO₂ in the rutile phase under high pressures have been investigated using pseudopotential plane-wave method based on density functional theory. The optimized lattice parameters and the bulk modulus at zero pressure agree well with available experimental and theoretical data. The elastic constants C ₁₁, C ₁₂, C ₄₄, C ₃₃, C ₁₃, and C ₆₆ at zero pressure are calculated to be 359.91, 264.69, 143.28, 309.45, 218.45, and 260.74 GPa, respectively. Elastic constants, bulk modulus, shear modulus, Young's modulus, and Poisson's ratio under pressures are obtained. Our results indicate that the rutile phase is mechanically stable below 11.99 GPa. The elastic anisotropy of rutile phase under pressures has also been predicted.     

First-principles investigations on structural,elastic, electronic properties and Debye temperature of orthorhombic Ni3Ta under pressure

The structural, elastic, electronic properties and Debye temperature of Ni₃Ta under different pressures are investigated using the first-principles method based on density functional theory. Our calculated equilibrium lattice parameters at 0 GPa well agree with the experimental and previous theoretical results. The calculated negative formation enthalpies and elastic constants both indicate that Ni₃Ta is stable under different pressures. The bulk modulus B, shear modulus G, Young’s modulus E and Poisson’s ratio ν are calculated by the Voigt–Reuss–Hill method. The bigger ratio of B/G indicates Ni₃Ta is ductile and the pressure can improve the ductility of Ni₃Ta. In addition, the results of density of states and the charge density difference show that the stability of Ni₃Ta is improved by the increasing pressure. The Debye temperature Θ _D calculated from elastic modulus increases along with the pressure.     

高温高压下立方氮化硼和六方氮化硼的结构、力学、热力学、电学以及光学性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势和局域密度近似方法,优化了立方和六方氮化硼的几何结构,系统地研究了零温高压下立方和六方氮化硼的几何结构、力学、电学以及光学性质.结构与力学性质研究表明:立方氮化硼的结构更加稳定,两种结构的氮化硼均表现出一定的脆性,而六方氮化硼的热稳定性则相对较差;电学性质研究表明:立方氮化硼和六方氮化硼均为间接带隙半导体,且立方氮化硼比六方氮化硼局域性更强;光学性质结果显示:立方氮化硼和六方氮化硼对入射光的通过性都很好,在高能区立方氮化硼对入射光的表现更加敏感.此外,还研究了高温高压下立方氮化硼的热力学性质,并得到其热膨胀系数、热容、德拜温度和格林艾森系数随温度和压力的变化关系.本文的理论研究阐述了高压下立方氮化硼和六方氮化硼的相关性质,为今后的实验研究提供了比较可靠的理论依据.