高压下TiN等结构相变的第一性原理研究

 利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法和线性响应理论,研究了TiN的物态方程、电子能带结构和声子色散曲线随压强的变化关系。结果表明：TiN 的电子能带结构并未随着压强的增加而出现反常,没有出现电子的拓扑结构相变;零压下出现软化的声子模式并没有随着压强的增加而继续软化。因此可以认为在0～12 GPa 压强范围内,TiN 发生等结构相变的原因不是由于电子的拓扑形貌发生变化和声子软化引起的。     

高压下石榴子石结构和弹性的第一性原理研究

石榴子石是上地幔和地幔转换带的重要成分,掌握其高温高压下的物性演化特征对了解地幔物质组成、结构以及动力学过程具有重要意义。为此,利用第一性原理计算了0～16 GPa压力下铝系列和钙系列常见的6种榴石(镁铝榴石、铁铝榴石、锰铝榴石、钙铬榴石、钙铝榴石和钙铁榴石)的晶体结构和弹性性质。结果表明:铝系列榴石的晶胞体积小于钙系列榴石;除镁铝榴石外,铝系列榴石的密度高于钙系列榴石。在石榴子石压缩过程中,多面体体积变化率由大到小依次为[XO_8]十二面体、[YO_6]八面体、[SiO_4]四面体,且变化率之比接近3∶2∶1,表明石榴子石的压缩机制主要受其结构中的十二面体控制。键角方差的变化表明:高压可以使钙系列榴石的四面体和八面体变得更加规则;而铝系列榴石则与其不同,高压下铝系列榴石的四面体变得更加不规则。研究发现:石榴子石的体弹模量随着铁铝榴石含量的增加而增大,随着钙铬榴石和钙铝榴石含量的增加而减小;而剪切模量则随着钙铝榴石含量的增加而增大,随着铁铝榴石和钙铬榴石含量的增加而减小。除镁铝榴石外,铝系列榴石的波速整体小于钙系列榴石。通过计算结果发现,石榴子石及其固溶体的波速在410 km附近与地球典型波速模型有交点,证明了石榴子石是地幔中的重要组分,且不同组成的石榴子石及固溶体的存在可能对地球地幔的波速结构产生重要影响。     

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。     

高压下β-InSe弹性常数、电子结构的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,本文研究了高压对β-InSe弹性常数、机械性能和电子结构的影响.在0～20 GPa范围内,随着压力的增大,β-InSe的晶格常数、晶胞体积逐渐减小,结构参数a/a_0、c/c_0、V/V_0单调减小.在0～12 GPa范围内,弹性模量G、E、B和泊松比v随着压力增大而增大,在16 GPa时大幅减小,G、E、B分别减小了34.9%、53.3%、82.9%.随着压力增大,Se-In和In-In原子之间的电荷密度增大,Se-In原子之间的共价键增强,层间距减小.而且,β-InSe在20 GPa时带隙消失,发生了半导体向半金属的相变.     

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β-InSe弹性常数、电子结构的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,本文研究了高压对β-InSe弹性常数、机械性能和电子结构的影响.在0～20 GPa范围内,随着压力的增大,β-InSe的晶格常数、晶胞体积逐渐减小,结构参数a/a_0、c/c_0、V/V_0单调减小.在0～12 GPa范围内,弹性模量G、E、B和泊松比v随着压力增大而增大,在16 GPa时大幅减小,G、E、B分别减小了34.9%、53.3%、82.9%.随着压力增大,Se-In和In-In原子之间的电荷密度增大,Se-In原子之间的共价键增强,层间距减小.而且,β-InSe在20 GPa时带隙消失,发生了半导体向半金属的相变.     

超高压下碳结构的第一性原理研究

采用第一性原理密度泛函理论,结合平面波赝势和广义梯度近似(GGA)方法计算了多种碳结构在超高压条件下的热力学稳定性及晶体结构性质.计算结果表明,碳结构的质量密度和基态能量与其对称性高低没有很强的依赖关系;在超高压条件下,随着压强的增加,热力学相对稳定的碳结构依次是石墨、金刚石、BC-8和SC碳结构,Clark等人所提出的R8结构并不是一种真正的高压稳定碳结构.     

高压下SiO_2的第一性原理计算

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理,采用Hartree-Fork(HF)方法,分别计算了Si O2的α-石英结构、金红石结构以及氯化钙结构的总能量随体积的变化关系。利用Murnaghan状态方程,通过能量和体积拟合,得到了3种结构的体变模量及其对压强的一阶导数。计算结果表明,随着压强的增加,Si O2会从α-石英结构转变为金红石结构,与实验结果和其它理论结果一致;金红石结构与氯化钙结构之间不存在相变,可以共存。此外,对具有α-石英结构的Si O2的晶格常数、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:加压作用下,能带向高能方向移动,Si─O键缩短,电子数转移增加,带隙展宽,电荷发生重新分布。     

高压下YB6的电子结构与光学性质的第一性原理研究

本文从第一性原理出发,基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似（GGA）方法,对不同压力下YB6的电子结构及光学性质方面进行了研究。结果表明：在一定的压力范围内随着压力的增大,费米面以上的能带往高能量处移动,费米面以下的能带往低能量处移动。能量损失谱的第一个峰随着压力的增大往高能量处移动,并且峰强增大。这表明可以通过压力来调节YB6在可见光区的吸收谷的位置及强度,在高压下YB6将展现更好的隔热性能。     

高压下YB_6的电子结构与光学性质的第一性原理研究

本文从第一性原理出发,基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似(GGA)方法,对不同压力下YB_6的电子结构及光学性质方面进行了研究.结果表明:在一定的压力范围内随着压力的增大,费米面以上的能带往高能量处移动,费米面以下的能带往低能量处移动.能量损失谱的第一个峰随着压力的增大往高能量处移动,并且峰强增大.这表明可以通过压力来调节YB_6在可见光区的吸收谷的位置及强度,在高压下YB_6将展现更好的隔热性能.     

高压下ZnO的结构、弹性性质和吸收光谱的第一性原理研究

 运用基于密度泛函理论（DFT）的平面波赝势方法（PWP）,结合局域密度近似（LDA）以及广义梯度近似（GGA）,系统地研究了ZnO的纤锌矿结构（B4结构）,NaCl结构（B1结构）和CsCl结构（B2结构）在不同压强下的几何结构、弹性性质和吸收光谱。详细研究了ZnO发生的两次相变（B4→B1及B1→B2相变）,得到了不同近似下的相变压强,以及两次相变过程中其弹性常数随压强的变化,并分析了这种变化与相变的关系。发现在高压作用下,ZnO的吸收光谱发生蓝移。通过计算结果和实验结果的比较可以看出,LDA近似下的计算结果更加符合实验结果。     

高压下超导体YBa2Cu3O7弹性性质的第一性原理研究

通过从头算密度泛函理论研究了YBa2Cu3O7的结构和弹性性质。发现c轴最容易压缩。另外,我们还计算了各种弹性性质与压强的关系,例如弹性模量,剪切模量,杨氏模量,泊松比。最后,我们获得了不同压强下的德拜温度和声速。     

高压下LiNbO3晶体电子结构与光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理超软赝势平面方法研究了外界压强对LiNbO3晶体波态密度,能带结构,电荷密度以及光学性质的影响.能带结构计算表明,价带顶主要由O-2p和Nb-4d态电子贡献,导带底主要由Nb-4d态电子贡献,且带隙随着压强的增加而线性增大.利用复介电函数计算了LiNbO3晶体在不同压强下光学性质的折射率、反射率、吸收系数,能量损失函数以及光电导率. 研究发现：外界压强大于10Gpa时,静态折射率保持不变,随外界压强的增加,反射率、吸收函数以及光电导率区间有一定程度的拓宽,损失函数峰发生“蓝移”.研究表明,高压可以有效调控LiNbO3晶体的电子结构和光学性质,为LiNbO3晶体的高压应用提供了有益的理论依据.     

高压下LiNbO_3晶体电子结构与光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理超软赝势平面方法研究了外界压强对LiNbO_3晶体态密度,能带结构,电荷密度以及光学性质的影响.能带结构计算表明,价带顶主要由O-2p和Nb-4d态电子贡献,导带底主要由Nb-4d态电子贡献,且带隙随着压强的增加而线性增大.利用复介电函数计算了LiNbO_3晶体在不同压强下光学性质的折射率、反射率、吸收函数,能量损失函数以及光电导率.研究发现:外界压强大于10GPa时,静态折射率保持不变,随外界压强的增加,反射率、吸收函数以及光电导率区间有一定程度的拓宽,损失函数峰发生"蓝移".研究表明,外界高压可以有效调控LiNbO_3晶体的电子结构和光学性质,为LiNbO_3晶体的高压应用提供了有益的理论依据.     

高压下钒的结构相变及熔化温度的第一性原理计算

本文基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)和密度泛函微扰理论(DFPT),优化计算出金属钒在不同压强下的晶体结构,以此来说明其发生的结构相变.最后利用晶体结构和能量的关系,直接导出钒在不同压强下的熔化温度.计算结果都与已有的结果进行了比较.     

高压下钒的结构相变及熔化温度的第一性原理计算

本文基于第一性原理的密度泛函理论（DFT）和密度泛函微扰理论（DFPT）,优化计算出金属钒在不同压强下的晶体结构,以此来说明其发生的结构相变。最后利用晶体结构和能量的关系,直接导出钒在不同压强下的熔化温度。计算结果都与已有的结果进行了比较。     

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AuCu3热动力学性质的第一性原理研究

利用平面波赝势密度泛函理论研究了AuCu3的结构性质,得到了晶格常数a、体弹模量B0、体弹模量对压强的一阶导数B'0,计算结果与实验值相吻合.通过准谐德拜模型成功地获得了高温高压下Au-Cu3的状态方程、热膨胀系数、热容及德拜温度.     

高压下BaLiF3晶体光学性质的第一性原理研究

本文采用第一性原理方法, 在190 GPa的压力范围内, 计算了BaLiF3理想晶体和含空位点缺陷晶体的光学性质. 吸收谱数据表明, 压力因素不会导致BaLiF3晶体在可见光区有光吸收的行为. 空位点缺陷的存在会使得BaLiF3的吸收边红移(其中氟空位点缺陷引起的红移最显著) , 但这些红移不会导致它在可见光区内出现光吸收的现象. 波长在532 nm处的折射率数据显示, BaLiF3的折射率将随压力升高而增大. 氟空位点缺陷将导致BaLiF3的折射率增大, 但钡空位点缺陷和锂空位点缺陷的存在对其基本没有影响. 本文预测, BaLiF3晶体有成为冲击光学窗口材料的可能.