Ti、Cr对钒抗氧化性能影响的第一性原理研究

高温氧化是限制钒合金应用的主要原因之一。利用第一性原理计算了Ti、Cr杂质原子掺入钒基体后，O在钒合金中的杂质形成能的变化。结果表明：O杂质原子在钒中占据八面体间隙位更稳定，且杂质形成能为-4.65eV，Ti掺杂会降低O的杂质形成能，使O在晶体内部扩散更容易，Cr掺杂的情况与Ti掺杂相反。并且还计算了体系电子结构、布局分布和电荷密度，进一步分析所得到的结论与杂质形成能的计算结果一致。     

Ge掺杂对InI导电性能影响的第一性原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,在相同环境条件下对不同浓度Ge掺杂的In I导电性能进行了研究.建立了由不同浓度的Ge原子替代In原子的In1-x Ge x I(x=0,0.125,0.25)模型.对低温下高掺杂Ge原子的In1-x Ge x I半导体的优化参数、总态密度、能带结构进行了计算.结果表明:Ge的掺入使In1-x Ge x I材料的体积减小,总能量升高,稳定性降低;Ge原子浓度越大,进入导带的相对电子数量越多,In1-x Ge x I电子迁移率减小,电阻率增大,同时最小光学带隙也增大,有利于改善体系的核探测性能.     

Pt掺杂CdS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平面波超软赝势方法,运用Castep计算分析了Pt元素掺杂CdS结构,对本征CdS和掺杂晶体的能带结构、态密度以及光学性质进行了分析对比, 由掺杂前后的结果分析发现：Pt掺杂闪锌矿相CdS产生了新的能带,带隙明显缩小;CdS的吸收边产生红移,禁带宽度变窄,在可见光区具有较大吸收系数,提高了可见光的利用率,表现出较好的可见光光催化活性。     

Pt掺杂CdS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平面波超软赝势方法,运用Castep计算分析了Pt元素掺杂CdS结构,对本征CdS和掺杂晶体的能带结构、态密度以及光学性质进行了分析对比, 由掺杂前后的结果分析发现：Pt掺杂闪锌矿相CdS产生了新的能带,带隙明显缩小;CdS的吸收边产生红移,禁带宽度变窄,在可见光区具有较大吸收系数,提高了可见光的利用率,表现出较好的可见光光催化活性。     

浓度对Co掺杂ZnO的影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝式方法,详细研究了本征ZnO和Co掺杂ZnO的电子结构和光学性质。计算结果表明,Co掺入ZnO后,Co的大部分3d电子位于费米能级附近,O的2p轨道电子发生分裂,并进入费米能级与Co的3d电子发生杂化,价带电子向低能级端移动,带隙变大,但随掺杂浓度的增大这种现象并不明显。另外ZnO掺Co后,由于Co的3d电子的引入,使得吸收谱中出现新的吸收峰,并发生蓝移现象,这与实验得到的结果相一致;静态介电常数明显增大,但随掺杂浓度的增大基本保持不变。     

浓度对Co掺杂ZnO的影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝式方法,详细研究了本征Zn O和Co掺杂Zn O的电子结构和光学性质.计算结果表明,Co掺入Zn O后,Co的大部分3d电子位于费米能级附近,O的2p轨道电子发生分裂,并进入费米能级与Co的3d电子发生杂化,价带电子向低能级端移动,带隙变大,但随掺杂浓度的增大这种现象并不明显.另外Zn O掺Co后,由于Co的3d电子的引入,使得吸收谱中出现新的吸收峰,并发生蓝移现象,这与实验得到的结果相一致;静态介电常数明显增大,但随掺杂浓度的增大基本保持不变.     

Ti掺杂NbSe2电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法, 计算了理想2H-NbSe₂和Ti掺杂2H-NbSe₂晶体的几何结构及电子结构; 对掺杂前后超胞的能带图、态密度及分波态密度图进行了分析. 结果表明, 掺杂后费米能级附近能量区域的电子态密度出现了较高的峰值, 且费米能级位置发生了改变. 理论上可以认为Ti的掺杂会使得NbSe₂的导电性增强, 有利于开发新型的电接触复合材料.     

Sb掺杂对透明SnO2薄膜导电性能影响的第一性原理计算

本文根据密度泛函理论（DFT），采用第一性原理平面波赝势方法，计算了Sb掺杂对透明导电薄膜SnO2电子结构及导电性能的影响，讨论了掺杂下SnO2晶体的结构变化、能带结构、电子态密度．计算结果表明，Sb掺杂的SnO2具有高的电导率，且随着掺杂浓度的增加，能带简并化加剧，浅施主杂质能级向远离导带底方向移动．     

B、N、S掺杂石墨烯表面质子吸附的第一性原理研究

表面吸附是石墨烯中质子(H~+)输运的基础步骤.本文基于第一性原理计算研究了B、N、S掺杂对石墨烯表面H~+吸附行为的影响.结果表明,B、N、S掺杂对石墨烯的晶体结构、内聚能及电子性质有重要影响,且影响程度与掺杂元素的性质密切相关,进而导致对石墨烯表面H~+吸附行为产生不同程度的影响.从吸附能的观点看,N、B、S掺杂对石墨烯表面H~+的吸附有利.研究结果对石墨烯在氢贮存、氢同位素分离、燃料电池等领域的应用具有重要的指导意义.     

稀土元素La掺杂对AlN性能影响的第一性原理研究

本文通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了稀土元素La掺杂对纤锌矿结构AlN力学性能及压电性能的影响.计算得到的AlN各项力学性能及压电性能与实验值较吻合.掺杂稀土元素La会降低其体模量、剪切模量与杨氏模量,但会使AlN由脆性材料转变为韧性材料.压电性能计算结果表明,掺杂稀土元素La后,可使体系的压电性能提升15%左右.电子结构分析结果表明La的引入会降低体系中化学键的作用强度,从而提升了体系的塑性及压电性能.     

First principles study on the electronic structure and effect of vanadium doping of BN nanowires

The electronic structure and effect of vanadium doping of BN nanowires are studied by first principles calculations. For the pure nanowires, it can be found that B atoms move inwards whereas N atoms move outwards, and BN nanowires have a constant band gap about 4.08 eV with larger diameter. The above-mentioned features are in agreement with those of BN nanotubes. We also find that the pure nanowires become more and more stable with increasing diameter. For V-doped BN nanowires, the V atoms move outwards, and the total energies of pair V-doped BN nanowires indicate that the ferromagnetic ground state, and the electronic structures show half-metallicity. The majority of total spin magnetic moments originate from V atoms, and B atoms which near dopant have a little contribution, while N atoms provide a little reverse magnetic moment. This study may be useful in spintronics and nanomagnets.     

Cr掺杂浓度对AlN半金属性影响的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论的第一性原理方法, 在广义梯度近似(GGA)下计算了掺杂过渡金属Cr原子后AlN晶体自旋极化的能带结构、分态密度等性质. 结果表明, 半金属能隙随着掺杂浓度的增大而减小. 文中以掺杂浓度为12.5%的Cr-AlN(2×2×1)为例, 分析了其自旋极化的能带结构、分态密度和磁矩等性质, 发现Cr-3d电子对自旋向下子带导带底的能量位置起决定作用. 随着掺杂浓度的增大, Cr原子间相互作用增强, Cr-3d能带向两边展宽, 导致自旋向下子带导带底的能量位置下降, 从而半金属能隙变窄.     

Cr掺杂浓度对AlN半金属性影响的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论的第一性原理方法, 在广义梯度近似(GGA)下计算了掺杂过渡金属Cr原子后AlN晶体自旋极化的能带结构、分态密度等性质. 结果表明, 半金属能隙随着掺杂浓度的增大而减小. 文中以掺杂浓度为12.5%的Cr-AlN(2×2×1)为例, 分析了其自旋极化的能带结构、分态密度和磁矩等性质, 发现Cr-3d电子对自旋向下子带导带底的能量位置起决定作用. 随着掺杂浓度的增大, Cr原子间相互作用增强, Cr-3d能带向两边展宽, 导致自旋向下子带导带底的能量位置下降, 从而半金属能隙变窄.     

第一性原理研究反Heusler合金Ti2RuSn的Y位Rh掺杂效应

本文基于第一性原理计算方法,通过对具有半金属性的反Heusler合金Ti2RuSn的Y位进行多d电子掺杂,来探究其掺杂前后的相关特性及掺杂机理,以便寻求半金属性更稳定的Heusler合金材料,为后续相关理论研究及实验提供一定参考。在掺杂过程中随着Rh元素掺杂浓度的增加,反Heusler合金Ti2RuSn的磁性呈线性增加,由未掺前的2μB增加到全掺时的3μB,同时其半金属性并未受到破坏且其带隙在逐渐变宽。在掺杂浓度为75%时,掺杂体的带隙宽度由未掺前的0.45 eV展宽到0.54 eV,同时费米面被调节到带隙中部靠上位置,这说明化合物Ti2Ru0.75Rh0.75Sn较未掺杂前具有相对稳定的半金属性。为分析掺杂体系的稳定性,我们计算了它们的相对形成能,结果表明,在掺杂浓度范围内,体系的形成能都为负值,并且掺杂浓度越高,其值越低。这说明反Heusler合金Ti2RuSn容易受到掺杂元素Rh的影响,并且大浓度的Rh掺杂可以有效地调节反Heusler合金Ti2RuSn的电子结构及能带结构,得到稳定性更好,使用性能及实用性更高的Heusler合金化合物。     

VO_2晶体电子结构及其掺杂的第一性原理研究

运用密度泛函平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法,对二氧化钒(VO2)两种不同晶体电子结构进行了计算.研究了低温单斜晶型和高温四方晶型结构的VO2电子态密度(DOS)和能带(energyband)结构,通过分析发现,四方晶的金属性比较明显,这是由于电子态密度和能带结构分析结果表明不同特性产生的原因是V原子的3d电子贡献不同导致的.本文中我们还将部分O原子替换为F原子后对单斜晶替位掺杂进行了的计算讨论,本文的计算结果都较好地符合实验结果,表明密度泛函平面波赝势和广义梯度近似方法可以用来描述VO2的结构和性质.我们认为,这种方法应用于描述氧化物的电子结构和性质是一种新的探索.     

Heusler合金Mn2NiGa的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的投影缀加波方法研究了Heusler合金Mn₂NiGa的四方变形,对立方和四方结构的磁矩、电子结构、弹性常数及声子谱进行了计算和分析.Mn原子是Mn₂NiGa总磁矩的主要贡献者,但Mn（A）、Mn（B）原子磁矩的值不等且呈反平行耦合,因而Mn₂NiGa合金在两种状态下均表现为亚铁磁结构.四方变形中,Mn₂NiGa在c/a=0.94和c/a=1.27处出现总能的局域极小值和局域最小值,分别对应一个稳定的马氏体.弹性常数的计算结果显示,Mn₂NiGa的立方结构不满足立方相稳定性判据,四方结构（c/a=0.94和c/a=1.27）的弹性常数满足相应的稳定性判据.立方结构声子谱中存在虚频,而四方结构（c/a=0.94和c/a=1.27）则不存在虚频,验证了Mn₂NiGa四方结构比立方结构稳定.c/a=1.27的四方结构Mn₂NiGa转变为c/a=1.0的立方结构的相变温度在315 K左右.     

Hydrogenated BN monolayers: A first principles study

In the present contribution we apply first principles calculations to investigate the electronic structures and stability of BN hydrogenated monolayers which include a substitutional carbon atom. For comparison, additional C hydrogenated structures are considered. The obtained results demonstrate that BN chair-like monolayers are more stable than boat-like configurations. It is found that the most stable structures present bond angles quite similar to the characteristic one observed for s p ³ hybridization. Moreover, a net magnetic moment arises from the introduction of a substitutional carbon impurity. In addition, the results indicate that carbon substitutionals can induce a remarkable reduction of the work function.     

The first principles study on the Boron antimony compound

We present the results of our calculations on Boron antimony (BSb) compound in zinc-blende (ZB) and rock-salt (RS) structures by performing ab initio calculations within the local density approximation (LDA). Some basic physical properties, such as lattice constant, bulk modulus, cohesive energy, phase transition pressure, second-order elastic constants (C_ij), phonon frequencies, and some band structural parameters are calculated and compared with those obtained with other recent theoretical works. In order to further understand the behaviour of BSb compound, we have also predicted, the pressure-dependent behaviours of the band gap, second-order elastic constants (C_ij), Young's modulus, poison ratios (ν), Anizotropy factor (A), sound velocities, and Debye temperature for this hypothetical compound.     

Effects of substitutional impurity Au and Si atoms on antiphase boundary energies in Ti3Al: A first principles study

Effects of substitutional impurity atoms Au and Si on the energies of antiphase boundaries (APBs) on {1100} and (0001) planes in a Ti₃Al intermetallic compound were examined using first principles calculations. Au additions reduce the energies of APBs on both {1100} and (0001) planes by up to more than 40%. The reduction tends to be more remarkable especially when the added Au atom has larger number of Al atoms on its second-nearest neighbor sites rather than on first-nearest neighbor ones. In addition, in the case of Si addition, a significant energy reduction was found only for APBs on (0001) planes, and no remarkable dependence of APB energies on the coordinating atoms was found even for APBs on (0001) planes. These results are crucial to both understanding of the effect of APBs on the impurity diffusivity and predicting the ability of impurity atoms to stabilize antiphase domain structure that increases the strength of Ti₃Al dramatically.