BCC结构TiCrTaV合金的电子结构和力学性能的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算TiCrTaV多组元合金中两种BCC结构的结构稳定性、力学性能、德拜温度、电子结构和布居分析.生成焓和内聚能结果表明BCC1的结构稳定性更好,更容易形成.弹性常数和模量表明BCC1的强度和韧性更强,BCC2的抗剪切能力和刚度更好,两种结构均具有弹性各向异性.德拜温度和Grüneisen参数结果表明BCC2的键合强度和热稳定性更好.电子结构和布居分析表明两种结构均包含共价键和金属键. Ta原子形成的共价键强度更大,金属键仅存在于Ti、Cr和V原子之间.元素成键后Ti和V原子失去电子,Cr和Ta原子得到电子.     

W-Cu合金力学性能的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理分析方法的CASTEP软件,计算了W-Cu_x(x=6.25,12.5,18.75,25,31.25,37.5,43.75,50)合金的晶格参数、体模量、剪切模量、杨氏模量等力学常数,还计算了焓变值、能带结构、电子态密度和电荷布局,研究Cu不同含量对W-Cu合金力学性能的影响.结果表明：Cu的添加会增加W基体触头材料的可塑性,韧性大小随着Cu含量的升高而增加,在掺杂比例为43.75%时达到最大值,韧性增加使得产生微裂纹的概率减小;另外还计算了W-Cu合金的态密度、能带结构和电荷布局,结果表明随着Cu含量的增加,共价性降低,金属性增强,便于加工成型.     

蛋白质分子电子结构的第一性原理从头计算

蛋白质分子电子结构的计算对生命科学和计算机药物设计有重要的科学意义和应用价值,但对计算方法和计算机也是巨大的挑战。团簇埋入自治计算法是近年来发展起来的“第一性原理”、从头计算法。它采用局域化无相互作用单电子模型,结合“分块－合拢”技术,使计算量大大减少。最近,应用该方法,对一个真实蛋白质分子（南瓜种子中的胰蛋白酶抑止因子ＣＭＴＩ－Ｉ）电子结构的首次“第一性原理”、全电子、全势场、从头计算获得成功。表明生物大分子电子结构的计算在现有计算机条件下已成为现实,使从本质上揭开生命奥秘成为可能。本介绍了上述计算的基本理论、方法和结果。     

Cu2Se电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理的平面超赝势方法计算研究了Cu2Se的电子结构、态密度和光 学性质。能带结构分析表明Cu2Se为半金属、上价带主要由Se的4p电子构成下价带主要由Cu的3d电子构成静态介电常数为1.41折射率为7.74吸收系数在可见光范围内最小值为1×105cm−1且在高能区对光子的吸收减小为零其电子能量损失峰在26.84eV正好对应反射系数急剧下降的位置光电导率的波谷出现的能量范围与前面的吸收系数和消光系数的峰值和波谷出现的位置完全对应。     

Cu2Se电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理的平面超赝势方法计算研究了Cu2Se的电子结构、态密度和光 学性质。能带结构分析表明Cu2Se为半金属、上价带主要由Se的4p电子构成下价带主要由Cu的3d电子构成静态介电常数为1.41折射率为7.74吸收系数在可见光范围内最小值为1×105cm−1且在高能区对光子的吸收减小为零其电子能量损失峰在26.84eV正好对应反射系数急剧下降的位置光电导率的波谷出现的能量范围与前面的吸收系数和消光系数的峰值和波谷出现的位置完全对应。     

BxGa1-xAs合金电子结构与光学性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论的第一性原理和特殊准随机近似方法,建立64原子的超胞并且对结构进行几何优化.计算和讨论具有闪锌矿结构的三元合金B_xGa_1-xAs的结构参数、电子结构和光学性质.结果表明：B_xGa_1-xAs的晶格常数与使用Vegard定理计算得到的值有微弱的偏离,键长存在明显的弛豫;计算得到的合金带隙弯曲参数变化较小（2.57 eV-5.01 eV）而且对组分变化的依赖很弱;最后分析硼的并入对GaAs光学参数包括介电函数、反射率、折射率、吸收系数和能量耗散函数的影响.     

铟钇金属间化合物力学性能的第一性原理计算

本文基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,对铟钇(In-Y)金属间化合物的力学结构稳定性、弹性性质和热力学性能进行了研究.通过结构优化得到了In_3Y、InY、InY_2三种金属间化合物的晶格常数,发现与实验值比较吻合.弹性常数的计算结果表明In-Y金属间化合物的结构是稳定的,由弹性常数推算出In_3Y、InY、InY_2三种合金的体积模量、杨氏模量、剪切模量、泊松比和各向异性等力学性质,发现InY_2合金的体积模量、杨氏模量、剪切模量要比其它两种的值大,其抗形变能力更强.本文还预测了In-Y金属间化合物的热力学性质,如德拜温度、热导率,通过第一性原理计算得到的In-Y金属间化合物的力学和热力学性质为In-Y合金材料的实际应用和材料设计提供了参考.     

Mg-Y-Zn合金三元金属间化合物的电子结构及其相稳定性的第一性原理研究

采用基于密度泛函的第一性原理平面波赝势方法计算Mg-Y-Zn合金三元金属间化合物X-Mg₁₂YZn 相和W-Mg₃Y₂Zn₃相的晶格常数、形成焓和电子结构. 形成焓的计算结果表明, X-Mg₁₂YZn相和W-Mg₃Y₂Zn₃相都具有负的形成焓, 并且W-Mg₃Y₂Zn₃相的形成焓更低; 电子结构的计算分析表明, W-Mg₃Y₂Zn₃相成键峰主要来自Mg的2p轨道、Zn的3p轨道和Y的4d轨道的贡献. 而X-Mg₁₂YZn相成键峰主要来自Mg的3s和2p轨道、Zn的3p轨道和Y的4d轨道的贡献. 对W-Mg₃Y₂Zn₃相(011)面和X-Mg₁₂YZn相(0001)面的电荷密度分析表明, 两相中Zn-Y原子间都形成了共价键, 且W-Mg₃Y₂Zn₃相的共价性比X-Mg₁₂YZn相的共价性更强. 在费米能级低能级处, W-Mg₃Y₂Zn₃相具有更多的成键电子数, 决定了W-Mg₃Y₂Zn₃相比X-Mg₁₂YZn相有更好的相稳定性.     

FeVO_4电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了三斜结构FeVO_4的结构,基态的能带结构、总态密度和分波态密度.将FeVO_4非共线的螺旋磁结构简化为六种不同的反铁磁结构,通过比较不同自旋构型的总能确定了基态磁结构.能带计算和总态密度结果均显示FeVO_4是能隙为2.19 e V的半导体,与实验结果相符.考虑Fe原子的在位库仑能,FeVO_4的能带结构和态密度都发生变化,说明FeVO_4晶体是一个典型的强关联电子体系.     

CaS电子结构和热力学性质的第一性原理计算

根据密度泛函理论,采用平面波赝势和广义梯度方法,计算了Ca S的晶体结构和电子结构.通过准谐徳拜模型预测了硫化钙的体积变化率、体弹模量、热膨胀系数分别与温度和压强的变化关系,以及热容和温度的变化关系.     

Investigation on the structural,electronic, elastic and mechanical properties of Ti2Al(C1-xOx) solid solutions: First-principles calculations

In the present work, the structural, electronic, elastic and mechanical properties of Ti₂AlC and Ti₂Al(C_1-xO_x) solid solutions were investigated using first-principles calculations for varied O content incorporation (x = 0, 0.125, 0.25, 0.375, 0.5). According to the calculation results, all Ti₂Al(C_1-xO_x) solid solutions with various x values are stable, and the bonding strength of the Ti–Al bond increases with the doping of O element. In addition, the shear modulus G and C₄₄ elastic constant of Ti₂Al(C_1-xO_x) solid solutions are both lower than the bulk modulus B, indicating that the phase has good damage tolerance. Not only that, compared with Ti₂AlC, the plasticity and toughness of Ti₂Al(C_1-xO_x) solid solutions are improved with the increase of O atom doping and doping ratio. Simultaneously, the doping of O atom is also beneficial to reduce the generalized stacking fault energy of Ti₂AlC, making the Ti₂Al(C_1-xO_x) solid solutions more prone to shear deformation, thereby further enhancing plasticity.     

掺杂BaHfO3电子结构与力学性能的第一性原理研究

在广义梯度近似（GGA）下,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了掺杂对BaHfO3的电子结构与力学性能的影响．电子结构计算表明：优化的BaHfO3晶格常数与实验值吻合较好,BaHfO3为一种间接带隙的绝缘体材料．掺杂Sr和Ti后该材料仍为间接带隙材料,Ba0.5Sr0.5HfO3的带隙增大,绝缘体特征增强,而BaHf0.5Ti0.5O3的带隙显著减小,呈现出半导体材料的特征．由态密度分析可知,掺杂后带隙的变化主要是由于导带底的移动造成的．力学性能分析表明：与BaHfO3相比,Ba0.5Sr0.5HfO3的剪切模量和杨氏模量均明显减小,材料硬度减弱;BaHf0.5Ti0.5O3的剪切模量及杨氏模量均明显增大,材料硬度增强．电子密度分布分析揭示了掺杂改变体系价电子浓度的分布情况,使BaHfO3的价健特性发生了变化,这是材料硬度改变的内在原因．可见,掺杂能够有效地调控体系的硬度,该研究结果为掺杂BaHfO3力电材料的设计与应用提供了理论依据．     

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.     

Ba0.5Ca0.5ZrO3电子结构和光学性质的第一性原理研究

从第一性原理出发,利用密度泛函理论体系下的广义梯度近似,研究了Ba0.5Ca0.5ZrO3的电子结构和光学性质.计算得到该晶体的晶格常数为4.1823 A,且此材料是一种间隙的半导体材料,价带和导带都来源于Ba原子、Ca原子、Zr原子的d态和O原子的p态电子间的杂化.吸收系数为105 cm-1量级,且吸收主要集中在低能区.静态折射率为1.79,能量损失峰出现在10.8 eV处.该研究结果为Ba0.5Ca0.5ZrO3光电材料的设计和应用提供了理论依据.     

BaHf0.5Ti0.5O3电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似（GGA）,利用第一性原理方法研究了BaHf0.5Ti0.5O3的电子结构和光学性质．计算结果表明,BaHf0.5Ti0.5O3是一种间隙的半导体材料,其导带底主要由Ba、Hf和Ti的d态电子构成,价带顶则主要由O的p态、Hf 和Ti的d态电子构成;理论计算的介电函数最高峰的峰位与实验结果吻合较好,相对误差小于4%;吸收系数最大峰值为2.43×105cm-1,且吸收主要集中在低能区,静态折射率为2.01,能量损失峰出现在13.24eV处．研究结果为BaHf0.5Ti0.5O3光电材料设计与应用提供了理论依据．     

BaHf0.5Ti0.5O3电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似（GGA）,利用第一性原理方法研究了BaHf_0.5Ti_0.5O₃的电子结构和光学性质.计算结果表明,BaHf_0.5Ti_0.5O₃是一种间接带隙半导体材料,其导带底主要由Ba、Hf和Ti的d态电子构成,价带顶则主要由O的p态、Hf和Ti的d态电子构成;理论计算的介电函数最高峰的峰位与实验结果吻合较好,相对误差小于4%;吸收系数最大峰值为2.43×10⁵cm^-1,且吸收主要集中在低能区,静态折射率为2.01,能量损失峰出现在13.24 eV处.研究结果为BaHf_0.5Ti_0.5O₃光电材料设计与应用提供了理论依据.     

Nd、N掺杂ZnO的电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理,使用GGA+U方法计算出N、Nd分别单掺ZnO及N、Nd共掺ZnO晶体的形成能,能带结构,态密度及光学性质.经过对比发现:N、Nd各掺杂ZnO中,共掺体系比单掺体系更容易形成,其中低浓度掺杂难度更低;共掺体系随着掺杂浓度的升高,其畸变的强度就越强,禁带宽度变窄,电子跃迁到导带上所需的能量更小,光吸收系数较大,并且都产生了红移,光谱响应范围扩展到了整个可见光区域;共掺体系在低能区域的介电谱峰值较高,说明其极化能力较强,光生电场强度较大,会使光激发载流子在晶体内的迁移变快,对电荷的束缚能力增强.因此N、Nd共掺可以有效提升ZnO的光催化性和极化能力.     

Os1-xRexB4固溶体系的结构、力学和电子性质的第一性原理研究

利用第一性原理的计算方法,在维也纳从头计算模拟包(VASP)中计算了三种比例Re原子掺杂Os B₄的结构特征及稳定性、电子性质及力学性能.将P42/nmc相Os B₄中的Os元素进行Re元素的替代掺杂,并构建出Os_1-xRe_xB₄(x=0,0.0625,0.125,0.25)固溶体系的结构模型.结果表明:随Re含量的增高Os_1-xRe_xB₄的晶格常数和体积会略微增大,在x高于0.25后发生结构畸变;且P42/nmc-Os_1-xRe_xB₄(x=0,0.0625,0.125)的结构和热力学稳定;态密度主要来源于Os的5d电子和B的2s和2p电子,而Re原子的5d轨道电子对价带和导带态密度也均有贡献,并且随其含量的增高态密度峰值也增大;B-B键和B-Os键具有强共价相互作用是其具有较高的体积和剪切模量的主要原因.随着Re元素的浓度增加,结构的导电性和延展...     

W掺杂ZnO电子结构与光学性质第一性原理计算

采用了基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算本征ZnO和不同W掺杂浓度下W:ZnO体系的电子结构和光学性质.计算结果表明:W掺杂可以提高ZnO的载流子浓度,从而改善ZnO的导电性.掺杂后,吸收光谱发生红移现象,且光学性质变化集中在低能量区,而高能量区的光学性质没有太大变化,计算结果与相关实验结果相符合.最后,结合电子结构定性分析了光学性质的变化.