透明致密单质钠

传统高压理论认为,高压可以有效地缩短金属内部的原子间距,导致价带和导带展宽,进而使其金属性增强.然而,目前实验可达到的压力条件已能够将物质压缩到原子的芯电子发生重叠的状态.这一高压效应会使金属发生复杂的结构相变,使之具有独特的晶体结构和无法用传统理论来描述的电子性质.传统理论曾预言,简单金属锂和钠在高压下会出现原子配对而导致的非金属相,但这一预言没有得到后续理论和实验的支持.本研究将理论模拟和高压实验相结合,发现金属钠在200万大气压下转变为一种新型物质状态——光学透明的宽带隙绝缘态.绝缘态钠具有简单而独特的晶体结构——c轴高度压缩的双六角密堆结构.高压钠的绝缘态不是早期理论预言的原子配对的结果,而是p和d轨道电子杂化,以及芯电子云之间高度交叠的结果.钠原子的价电子受芯电子排斥而高度局域在晶格间隙中,这些在间隙中被“冻结”的价电子完全失去了自由电子的特性,表现出绝缘特性.当压力促使原子的芯电子发生强烈重叠时,这种新型绝缘状态可以在其他元素和化合物中存在.     

H,O,N,He原子掺杂Al原子的第一性原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法,对Al中分别加入H,O,N和He原子后的晶体状态进行了研究.通过晶体结构和形成能分析比较了杂质原子占据不同位置的难易程度及对晶体稳定性的影响,并从态密度、电荷密度和电荷布居的角度,分析了其电子结构.结果表明:H、O和N原子占据金属Al的四面体间隙最稳定,而He原子主要占据金属Al的八面体间隙. O和N原子与Al原子具有强烈的共价作用,H原子与Al原子存在共价作用但相对较弱,而He原子与Al原子的相互作用以范德华力为主.进一步揭示了四种原子在金属Al中不同行为的电子机制.     

钠原子中价电子能级严格解的探讨

对钠原子中的价电子采用原子实极化模型 ,对势能为V(r) =- e2r+τer2 的钠原子 ,用幂级数法 ,严格求解了价电子的定态薛定谔方程 ,得到了束缚态的波函数 ,并由不同角量子数低能级的实验值 ,确定参量τ ,并计算出钠原子的高能级的能量 ,与实验结果比较相一致。     

电子散射的钠原子受激态取向参数研究

原子碰撞中的取向(orientation)参数的研究为原子碰撞动力学、原子受激态结构提供了丰富的信息.散射靶原子集合可用态多极(state multipole)描述，用它可以表征受激态原子的取向参数.通过取向参数与受激原子态退激的偶极辐射光子的Stokes参数之间的关系，可以进行实验与理论的比较.本文主要研究钠原子受电子散射S→P跃迁中取向参数，根据散射理论的扭曲波近似展开计算得到的散射振幅，带入态多极，然后计算钠原子3P态取向与散射角的关系及不同入射能下受激态取向参数变化特点，并与电子-光子符合散射实验所测数据进行比较.考虑到符合散射实验的测量困难，在误差范围内，理论分析与实验结果符合得比较好. 关键词： 取向参数 态多极 Stokes参数 电子-光子符合测量     

MgB_2(001)面超导结构的电子浓度第一原理分析

采用密度范函理论计算了金属化合物MgB2(001)薄膜结构的电子能带结构和状态密度,计算的交换相关能分别采用LDA和GGA。规范保守赝势的计算结果表明,晶格常数与实验值误差在很小的范围内,分析了引起MgB2(001)面结构超导转变时电子浓度和偏态密度的变化情况,发现构成该超导体结构的成键有三种,着重从结构的电子浓度变化分析了其超导特性,六角蜂窝状结构中硼原子间相互作用为sp2杂化的共价键,镁原子和硼原子之间是离子键结合,镁原子层是金属键结合,镁原子的价电子部分转移到硼原子的pz轨道,部分电子为镁原子层共用。MgB2的超导机制为强烈的电子-声子耦合,为B原子间强烈的共价作用形成,是传统S波超导体。对Mg元素同一主族的其它硼化物进行布居分析,发现MgB2中Mg原子电子转移明显强于BeB2和CaB2,说明电子浓度是引起超导转变的一个重要因素。     

Electronic Structure Research on Lattice Stability of V, Nb, and Ta by Density Functional Theory

为了探索纯金属晶格稳定性的电子结构, 采用总能赝势平面波方法计算了VB族金属V、Nb和Ta不同晶体结构的晶格常数、总能和态密度,并将计算结果与第一原理投影缀加波方法结果、CALPHAD方法结果及实验数据等进行了详细地对比和分析．结果表明三种元素三种结构的大部分s态电子均已转化成成键能力更强的p或d态电子,增强了晶体原子之间的化学键合,并且s态电子向p态和d态电子的转化随晶体结构和元素周期发生明显变化．这种变化增强了原子序数较大的重金属原子之间的化学键合,形成了较高的晶体结合能,增强了晶格稳定性．     

典型磁性材料价电子结构研究面临的机遇与挑战

目前在磁性材料磁有序现象研究中广泛使用的交换作用、超交换作用和双交换作用模型形成于1950年代及其以前,这些模型都涉及材料中的价电子状态,但那时还没有充分的价电子状态实验依据.1970年代以来,有关价电子结构实验结果的报道越来越多,这些实验结果表明传统的磁有序模型需要改进.首先,大量电子谱实验表明,在氧化物中除存在负二价氧离子之外,还存在负一价氧离子,并且负一价氧离子的含量可达30%或更多.这说明以所有氧离子都是负二价离子为基本假设的超交换和双交换作用模型需要改进.其次,一些实验证明,铁、钴、镍自由原子的一部分4s电子在形成铁磁性金属的过程中变成了3d电子,这为探讨金属磁性与电输运性质的关系提供了依据.此外,即使在现代的密度泛函计算中,仍不能给出磁性交换作用能的函数表达式,只能采取各种不同模型进行模拟计算,从而使磁性材料的模拟计算遇到严重困难.寻求一个磁有序能的函数表达式可能是解决这个困难的途径.这些研究表明磁性材料价电子结构研究面临着重大的机遇与挑战.本文首先介绍一些典型的实验例证,然后介绍了基于这些实验结果的一套典型磁性材料的磁有序新模型,随后介绍了基于新模型的磁性材料价电子结构与旧模型的主要区别,最后指出了未来研究工作面临的挑战.     

FeSiB非晶合金的XPS研究

用X射线光电子能谱仪对淬态和退火态的非晶Fe_(80.3)Si_(3.9)B_(15.8)合金进行了电子结构的研究。测定了合金的价带谱和芯能级谱,并与α-Fe的价带谱作了比较。实验结果表明,合金在二种状态下其d带的最大值位置和谱形是相似的,但在结合能为1.0—4.5eV范围内价态密度有轻微的差别。二种状态的芯能级间没有明显位移,这表明与相应的晶态物相比,非晶合金中并不发生从类金属原子向过渡金属原子的电子迁移。经过退火的试样,在电子分布曲线的低部出现的细结构是与B的S、P轨道与Fe的d轨道间的杂化和Fe—B键合态的形成相关的。在退火试样的表面发现B有相当大的富集。     

Fe在高压下第一性原理计算的芯态与价态划分

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法的第一性原理计算，对过渡金属Fe元素进行自旋极化的总能量计算，能量计算精度取为平均每个原子0.01 eV.通过分析分波能带展宽与能带电子对总能量的贡献，讨论了在不同压强范围下第一性原理计算时Fe原子芯态与价态的合理划分.结果显示，当压强增加到约140 GPa时，3p电子对总能的贡献将不能忽略，而在地心压强下，3 s电子的贡献可以忽略. 关键词： 第一性原理计算 高压 芯态与价态     

电子-光子符合散射实验中受激原子态电荷云分布的研究

根据电子原子碰撞受激态退激偶极辐射的电子-光子符合实验的一般性理论，采用扭曲波近似方法，计算了电子与碱金属钠原子碰撞退激辐射光子的Stokes参数.引入取向和排列参数，用以描述受激态电荷云的分布，得到了与已有实验数据一致的结果. 关键词： 取向 排列 Stokes参数 电子-光子符合测量     

接触电极的功函数对基于碳纳米管构建的场效应管的影响

基于碳纳米管构建的场效应管在纳电子器件中占有重要的位置, 如何获得p型和n型的电子输运性能是人们所关注的. 本文分别采用高功函数的Pt金属和低功函数的Al金属作为源漏电极, 获得了p型输运性质和n型输运性质的基于碳纳米管构建的场效应管. 能带结构的分析证明了接触电极的功函数在这种场效应管的输运机理中扮演了重要的角色, 可以仅仅通过改变接触电极的材料, 实现p型场效应管和n型场效应管之间的转换, 这是经典的金属与半导体接触的理论无法解释的. 关键词： 碳纳米管 场效应管 肖特基势垒 功函数     

Giant nonadiabatic effects in layer metals: raman spectra of intercalated graphite explained

The occurrence of nonadiabatic effects in the vibrational properties of metals has been predicted since the 1960s, but hardly confirmed experimentally. We report the first fully ab initio calculations of nonadiabatic frequencies of a number of conventional (hcp Ti and Mg) and layered metals (MgB2, CaC6, and other intercalated graphites). Nonadiabatic effects can be spectacularly large (up to 30% of the phonon frequencies) in both cases, but they can only be experimentally observed in the Raman spectra of layered compounds. In layered metals nonadiabatic effects are crucial to explaining the observed Raman shifts and linewidths. Moreover, we show that those quantities can be used to extract the electron momentum-relaxation time.     

Aggregation of ferromagnetic and paramagnetic atoms at edges of graphenes and graphite

In this work we report that when ferromagnetic metals (Fe,Co and Ni) are thermally evaporated onto n-layer graphenes and graphite,a metal nanowire and adjacent nanogaps can be found along the edges regardless of its zigzag or armchair structure.Similar features can also be observed for paramagnetic metals,such as Mn,Al and Pd.Meanwhile,metal nanowires and adjacent nanogaps cannot be found for diamagnetic metals (Au and Ag).An external magnetic field during the evaporation of metals can make these unique features disappear for ferromagnetic and paramagnetic metal;and the morphologies of diamagnetic metal do not change after the application of an external magnetic field.We discuss the possible reasons for these novel and interesting results,which include possible one-dimensional ferromagnets along the edge and edge-related binding energy.     

应用ICP-MS测定苹果中重金属的分布

食品安全已经成为现阶段国际国内重要的社会问题,特别是重金属、农药和兽药残留。以市场销售的红富士苹果为实验材料,借助于ICP-MS对苹果中重金属在果皮和果肉的分布进行了测定。结果显示,同一个果实中重金属(Cr,Sb,Cd,Pb,Sn,Zn,Cu,Co,Ni和Tl)含量主要集中于果皮,果肉中重金属含量显著低于果皮。这些结果说明重金属被植物吸收以后,容易在果皮积累,果肉中含量较少。在目前环境污染严重的背景下,食用水果时应当注意削皮,尽量减少重金属危害。重金属在苹果果实中分配规律的机理需要进一步研究。     

Modeling the strain rate-dependent constitutive behavior in nanotwinned polycrystalline metals

Experimental studies have demonstrated that both strain rate and temperature influence the mechanical behavior of nanostructured metals significantly. In this work, a theoretical model is developed to describe the strain-rate-dependent constitutive behavior of nanotwinned polycrystalline metals. The athermal flow stress and thermal-activated flow stress are both considered in modeling the plastic deformation of a nanotwinned metal. Numerical results are consistent with the experimental results, showing that the present model can well describe the strain rate-dependent deformation behavior of nanotwinned polycrystalline copper. Henceforth, the constitutive behaviors of nanotwinned copper at different strain rates and temperatures can be predicted, which will be useful for optimizing the dynamic mechanical properties at various temperatures for nanotwinned metals.     

Emergent Z_2 topological invariant and robust helical edge states in two-dimensional topological metals

In this work, we study the effects of disorder on topological metals that support a pair of helical edge modes deeply embedded inside the gapless bulk states. Strikingly, we predict that a quantum spin Hall(QSH) phase can be obtained from such topological metals without opening a global band gap. To be specific, disorder can lead to a pair of robust helical edge states which is protected by an emergent Z_2 topological invariant, giving rise to a quantized conductance plateau in transport measurements. These results are instructive for solving puzzles in various transport experiments on QSH materials that are intrinsically metallic. This work also will inspire experimental realization of the QSH effect in disordered topological metals.     

燃煤底灰-微波法降解亚甲基蓝的研究

燃煤底灰中含有丰富的金属,这些金属在微波作用下可以对有机物进行有效降解,燃煤底灰-微波法降解亚甲基蓝溶液主要是通过羟基自由基来降解有机物的。底灰中的金属及稀有金属可以作为深度氧化有机物的催化剂,可降低处理成本、减少环境污染。考查了燃煤底灰用量、H₂O₂用量、以及微波时间对亚甲基蓝降解效率的影响,并测定了亚甲基蓝溶液处理前后的紫外可见光谱。结果表明,亚甲基蓝在燃煤底灰与H₂O₂微波条件下降解率接近100%。燃煤底灰的用量增加可以加快反应进程,增加亚甲基蓝的降解;H₂O₂的增加可以提供更多的·OH,加快反应进程,但当增加到一定量后,对反应进程的影响减弱;微波时间的加长可以提高反应温度,促使亚甲基蓝完全降解。对于0.125 g·L-1的亚甲基蓝,加入1.0 g燃煤底灰、5 mL H₂O₂在中温微波下反应4 min即可全部降解。     

Exchange interaction of isolated Eu2+ ions in La at high temperatures

It is demonstrated that exchange parameters of local 4f moments in metals can be well investigated by the TDPAD method at high temperatures, especially in liquid metals. For the first time exchange coupling data observed at high temperatures are compared to low temperature data in solid La.     

On the electronic structure of Pd and Pt overlayers: Example of the Nb(011) substrate

Pd and Pt monolayers on the (011) surface of bcc metals (Nb,Ta,Mo,W) resemble in many respects the faces of noble metals. We show that this behaviour can be reproduced in a simple tight-binding s-d electron model without invoking any additional mechanism.     

用激光诱导击穿光谱快速分析油漆中的重金属含量

 将电光调Q Nd：YAG激光脉冲聚焦于油漆样品表面以产生激光诱导等离子体。等离子体的光辐射经过一组透镜收集进入单色仪并由光电倍增管探测。通过对等离子体辐射光谱的研究,能够实现对油漆样品中重金属元素含量的快速定性分析。实验分析了多种市售油漆中重金属元素Pb, Cu, Cr, Mn的含量。实验表明：对于同一种类的油漆样品,在相同检测条件下,重金属元素的特征光谱线强度与元素质量分数成正比,因此利用激光诱导击穿光谱来快速分析油漆中重金属元素含量是完全可行的。