下地幔硅酸盐矿物的结构和电子相变对其高压下光学性质的影响

基于第一性原理平面波超软赝势法并结合局域密度近似,计算了(Mg_(0.875),Fe_(0.125))SiO_3钙钛矿和(Mg_(0.9),Fe_(0.1))SiO_3后钙钛矿晶体在高压下的光学性质.计算数据表明:(1)钙钛矿的结构相变将导致其吸收性增强,证实了基于实验数据的推断.(2)后钙钛矿二价铁吸收带的波数位置与实验观测结果相近.(3)在后钙钛矿相区,压力将导致吸收带的强度缓慢增加,但二价铁自旋态的转变对其吸收谱的影响却非常微弱.(4)钙钛矿的结构相变将导致其折射率升高;在后钙钛矿相区,压力及自旋态转变对折射率的影响不明显.(5)波数大约在12500 cm~(-1)以下,后钙钛矿折射率随波数的增加而降低,钙钛矿的折射率则变化不大;波数大约在12500 cm~(-1)以上,钙钛矿折射率随波数的增加而增大,后钙钛矿的折射率则显著上升.     

高压下CaF_2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。     

相变及空位缺陷对高压下BeO光学性质的影响

为了探究BeO晶体能否成为冲击波实验中的候选窗口材料,本文采用密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,计算了150 GPa的压力范围内BeO理想晶体和含氧空位点缺陷晶体的光学性质.吸收谱数据显示,BeO高压结构相变对其吸收谱的吸收边几乎没有影响.并且,在150 GPa压力范围内,BeO理想晶体在可见光区没有光吸收行为.氧空位点缺陷的存在将使得其吸收边出现明显的红移现象,但在可见光区仍然没有光吸收(是透明的).波长在532 nm处的折射率数据表明:在BeO的WZ和RS结构相区,其折射率会随着压力增加而缓慢降低,而高压结构相变和氧空位缺陷将使得其折射率显著增大.计算数据分析表明BeO有成为冲击窗口材料的可能,并且本文所获信息将对未来进一步的实验有重要参考价值.     

不同压强下BiI3的电子结构和光学性质

基于密度泛函理论研究了压强对BiI3的结构、电子和光学性质的影响,研究过程中考虑了自选轨道耦合（SOC）效应。计算的能带结果表明：在0GPa条件下,BiI3具有1.867电子伏特的间接带隙,随压强的提升带隙值降低;施加压强也能增强BiI3的光吸收系数和光电导率。0GPa条件下,BiI3的吸收系数为4×105 cm-1,光电导率为3×103 Ω-1•cm-1,因此 BiI3可作为光伏应用的备选材料。     

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.     

空位缺陷和相变对冲击压缩下蓝宝石光学性质的影响

为了探究冲击压缩下蓝宝石光学性质的变化行为,本文采用第一性原理方法,在180 GPa的压力范围内计算了蓝宝石理想晶体和含空位点缺陷晶体的光学性质.吸收光谱数据表明,仅考虑压力和温度因素不能解释冲击消光实验的结果,而冲击诱导的氧离子空位点缺陷应该是导致该结果的一个重要原因.波长在532 nm处的折射率数据表明:1)蓝宝石的两个高压结构相变将导致其折射率明显上升;在Corundum和Rh_2O_3相区,其折射率将随冲击压力增大而降低;在CalrO_3相区,压力小于172 GPa时,其折射率随冲击压力增大而缓慢地降低,但172 GPa以上时折射率却随冲击压力增大而逐渐增大;2)空位点缺陷对折射率随冲击压力的变化规律有明显的影响.本文结果不仅有助于增强用空位点缺陷的物理机理来解释蓝宝石冲击透明性损伤现象的可靠性,而且对未来进一步的实验研究以及发展新型窗口材料有重要的参考作用.     

高压下c-BN的力学、电子结构及光学性质研究

为了研究不同压力下c-BN的力学性质、电子结构以及光学性质的变化,基于密度泛函理论构建了不同压力下c-BN的晶体模型。发现c-BN在不同压力下均力学稳定,随着压力增加,c-BN的弹性常数逐渐增大,材料的可压缩性逐渐变差;c-BN在零压下的禁带宽度为4.367 eV,表明c-BN是间接宽带隙半导体,随着压力增加,c-BN的禁带宽度逐渐增大,态密度谱图变化不明显;对Milliken 布居分布在不同压力下进行分析,表明随着压力增加,B、N原子杂化后形成的B-N共价性增强。对c-BN的复介电函数、折射率、反射率等进行分析,发现随着压力增大,它们都产生一定蓝移,且在整个可见光谱范围以及红外与紫外（约从204nm开始）光谱的很大范围内都透明。研究结果对高压下c-BN的应用有一定参考价值。     

CrI_3高压相变及其光学性质理论研究

利用第一性原理计算方法,探讨了体相CrI_3在低温斜方六面体结构(■,BiI_3-type)及高压单斜结构(C2/m,AlCl_3-type)的相变、电子结构和光学性质.计算结果显示,半导体CrI_3当压强增加到26.1GPa时,高压导致的晶格畸变致使CrI_3从相■变化到相C2/m;原子之间的错位位移,使导带处的能带发生下移,价带处的能带发生了一定程度的上移,导致带隙减小.两种相的光学性质进一步验证了这些特性.     

相变及空位缺陷对CaF2在高压下光学性质的影响

本文采用第一性原理方法, 计算了CaF2的理想晶体和含钙、氟空位点缺陷晶体在100 GPa压力范围内的光吸收谱和折射率. 吸收谱数据表明, 压力因素诱导的两个结构相变对 CaF2的吸收谱均有影响: 第一个相变将导致其吸收边蓝移, 而第二个相变却引起其吸收边红移. 钙空位点缺陷会使得CaF2的吸收边微弱蓝移, 但氟空位点缺陷却导致其吸收边有显著的红移. 然而, 这些红移的行为并未使得CaF2晶体在250-1000 nm的波段范围内出现光吸收的现象（是透明的）. 532 nm处的折射率数据显示, 在 CaF2的三个结构相区（Fm3m、Pnma、P63/mmc相区）, 其折射率均随压力增大而增加; 同时, 高压结构相变以及氟空位点缺陷也使得CaF2的折射率增大, 但钙空位点缺陷却导致其折射率减小. 数据分析表明, CaF2晶体有成为冲击窗口材料的可能, 本文所获得的信息对未来的实验研究有参考价值.     

Structural and elastic properties of barium chalcogenides (BaX,X=O,Se, Te) under high pressure

In the present paper we have investigated the high-pressure, structural phase transition of Barium chalcogenides (BaO, BaSe and BaTe) using a three-body interaction potential (MTBIP) approach, modified by incorporating covalency effects. Phase transition pressures are associated with a sudden collapse in volume. The phase transition pressures and associated volume collapses obtained from TBIP show a reasonably good agreement with experimental data. Here, the transition pressure, NaCl-CsCl structure increases with decreasing cation-to-anion radii ratio. In addition, the elastic constants and their combinations with pressure are also reported. It is found that TBP incorporating a covalency effect may predict the phase transition pressure, the elastic constants and the pressure derivatives of other chalcogenides as well.      

A Raman study of high-pressure phases of lead chalcogenides PbX (X=S,Se, Te)

Pressure-induced phase transitions of lead chalcogenides were studied by Raman spectroscopy. The number of Raman modes observed for the first high-pressure phases was found to be significantly less than expected from selection rules for the proposed GeS-type orthorhombic structure. The observations are consistent with the alternative assignment as CrB-type. In the case of PbS, the disappearance of the intermediate-phase Raman lines in the pressure range of 19–25 GPa, i.e., in the vicinity of the orthorhombic to CsCl-type phase transition, is accompanied by a strong increase in a structureless background. The Raman background is attributed to light scattering by charge carriers in the metallic CsCl-type phase.     

H2X(X=O,S,Se,Te)分子的双光子激发

本文采用全相对论量子力学计算了H₂X (X=O, S, Se, Te) 分子的双光子过程, 并考虑相对论效应对双光子过程的影响. 结果表明, 各个不可约表示对称态下激发能有着明显的差异,它反应了双光子吸收过程中选择能级的特点. 同时, 采用非相对论的对称匹配簇/组态相互作用方法 (SAC-CI) 计算其分子的单光子激发, 并与之比较. 双光子跃迁概率要比单光子跃迁概率小2–5个数量级; 同一主族, 随着原子序数的增加, 相对论效应对分子体系的激发能量、跃迁概率、振子强度的大小都有显著地影响; 除此之外,每个分子遵守分子对称群的选择原则. 本文中, 分子H₂X (X=O, S, Se, Te) 的个别不可约表示对称态的跃迁矩分量和振子强度远远大于其他对称态下的跃迁矩分量和振子强度, 甚至大于单光子激发. 这不仅与分子的对称性有一定的关系, 而且应该是选择双光子跃迁能级的重要依据. 关键词： 全相对论量子力学 双光子激发 电偶极跃迁矩 振子强度     

Pressure-induced phase transitions in the ZrXY (X= Si,Ge, Sn;Y= S,Se, Te) family compounds

Pressure is an effective and clean way to modify the electronic structures of materials, cause structural phase transitions and even induce the emergence of superconductivity. Here, we predicted several new phases of the ZrXY family at high pressures using the crystal structures search method together with first-principle calculations. In particular, the ZrGeS compound undergoes an isosymmetric phase transition from P4/nmm-I to P4/nmm-II at approximately 82 GPa. Electronic band structures show that all the high-pressure phases are metallic. Among these new structures, P4/nmm-II ZrGeS and P4/mmm ZrGeSe can be quenched to ambient pressure with superconducting critical temperatures of approximately 8.1 K and 8.0 K, respectively. Our study provides a way to tune the structure, electronic properties, and superconducting behavior of topological materials through pressure.     

高压下Sr2FeMoxNb1-xO6 (x=0, 0.3)的电学性质和结构稳定性

 采用金刚石压砧高压装置，研究了双钙态矿结构化合物Sr₂FeNbO₆及其掺杂物Sr₂FeMo_0.3Nb_0.7O₆在室温下，20 GPa内电阻和电容随压力的变化，并发现Sr₂FeNbO₆在7.5 GPa左右压力下发生了相变，而Sr₂FeMo_0.3Nb_0.7O₆的相变发生在2.8 GPa左右。并结合这两个样品的高压下的同步辐射能散X射线衍射实验，进一步证明了这两种相变是电子结构相变引起的。     

A first-principles study on the structural, elastic, vibrational, and thermodynamical properties of BaX (X=S, Se, and Te)

Ab-initio calculations based on norm-conserving pseudopotentials and density functional theory (DFT) have been performed to investigate the structural, elastic, thermodynamic, and lattice dynamical (phonon dispersion curves) properties of BaX in rock-salt (B1) and CsCl (B2) structures. The results support the experimental and theoretical data in the existing literature. Findings are also presented for the temperature-dependent behaviors of some thermodynamic properties such as entropy, heat capacity, internal energy, and free energy for the same compounds in the B1 phase.     

LiGaX2(X=S,Se, Te)的电子结构,光学和弹性性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,对LiGaX₂(X=S, Se, Te)的能带结构、态密度、光学以及弹性性质进行了理论计算. 能带结构计算表明LiGaS₂ 的禁带宽度为4.146 eV, LiGaSe₂ 的禁带宽度为3.301 eV, LiGaTe₂ 的禁带宽度为2.306 eV; 其价带主要由Ga-4p 层电子和X- np 层电子的能态密度决定; 同时也对LiGaX< 关键词： 电子结构 光学性质 弹性性质 LGX     

高压下MgN8晶体结构理论模拟与物性研究

基于密度泛函理论第一性原理的方法,使用CALYPSO结构搜索技术结合VASP软件,在0~100 GPa压强范围内对MgN8的晶体结构进行预测,并对预测的结构进行系统研究。结果表明:在常压下,空间群为P4/mbm的α-MgN8晶体结构的焓值最低;当压强达到24.3 GPa和68.3 GPa时发生相变,分别相变成空间群为P4/mnc的β-MgN8相和空间群为Cmcm的γ-MgN8相,两次相变均为对应体积坍塌的一级相变。电子性质计算结果表明,α-MgN8相的导带与价带之间具有3.09 eV的带隙,表明该结构具有非金属性;β相和γ相具有明显的金属特征。Bader电荷转移计算表明,随着压力的增加,Mg原子向N原子转移的电荷逐渐增多。     

LiBX2 (B=Ga, In; X= S, Se, Te)光学性质与力学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的赝势平面波方法系统地计算了LiBX₂ (B= Ga, In; X= S,Se,Te) 晶体的光学性质与力学性质. 由禁带宽度推断出晶体抗激光损伤阈值的大小顺序为LiGaS₂ > LiInS₂ > LiGaSe₂ > LiInSe₂ > LiGaTe₂ > LiInTe₂. 六种晶体在常压下均满足机械力学稳定性要求, 且铟化合物可塑性及延展性强于镓化合物. 这些晶体的静态电介电常数 ε₁(0)、静态折射率n(0)和双折射率Δn 理论计算值与实验值相符. LiGaS₂, LiInS₂, LiGaSe₂, LiInSe₂和LiGaTe₂五种化合物双折射率较高, 并且它们的吸收谱与反射谱在中远红外区是透过的, 因此可推断出这五种化合物可以成为优异的中远红外非线性光学材料.