高温高压下碳化钨晶体的结构、力学、电子、光学以及热力学性能的第一性原理计算

本文利用密度泛函理论中的广义梯度近似对碳化钨晶体的三种结构(碳化钨相、闪锌矿相以及纤锌矿相)进行了优化,得到能量最低的稳定构型,并在此基础上计算了它的力学、电子、光学和高温高压下的热力学性质.研究表明:在0～300 GPa压力范围内,碳化钨相具有最高的稳定性.同时,高压下碳化钨相的弹性常数满足Born-Huang准则,且0 GPa和300 GPa下的声子色散没有虚频,证明了高压下碳化钨相的静力学稳定性和动力学稳定性.电子性质表明了碳化钨的金属性.光学性质表明碳化钨在高能区很难吸收光.热力学性质的研究表明:体积比V/V_0对压强的变化更敏感;高温时C_V曲线近似一条直线;给定压强下热膨胀系数α在600 K温度以上增长非常缓慢;压强对德拜温度Θ_D的影响较大;在低压下格林艾森系数γ的变化较大.     

高温高压下立方氮化硼和六方氮化硼的结构、力学、热力学、电学以及光学性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势和局域密度近似方法,优化了立方和六方氮化硼的几何结构,系统地研究了零温高压下立方和六方氮化硼的几何结构、力学、电学以及光学性质.结构与力学性质研究表明:立方氮化硼的结构更加稳定,两种结构的氮化硼均表现出一定的脆性,而六方氮化硼的热稳定性则相对较差;电学性质研究表明:立方氮化硼和六方氮化硼均为间接带隙半导体,且立方氮化硼比六方氮化硼局域性更强;光学性质结果显示:立方氮化硼和六方氮化硼对入射光的通过性都很好,在高能区立方氮化硼对入射光的表现更加敏感.此外,还研究了高温高压下立方氮化硼的热力学性质,并得到其热膨胀系数、热容、德拜温度和格林艾森系数随温度和压力的变化关系.本文的理论研究阐述了高压下立方氮化硼和六方氮化硼的相关性质,为今后的实验研究提供了比较可靠的理论依据.     

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.     

高压下TiC的弹性、电子结构及热力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平面波赝势方法 并结合准谐徳拜模型研究了NaCl结构的TiC在高压下的弹性性质、电子结构和热力学性质. 计算所得零温零压下的晶格常数、体弹模量及弹性常数与实验值符合得很好. 零温下弹性常数和弹性模量随压强增大而增大. 通过态密度和电荷密度的分析, Ti-C键随压强增大而增强. 运用准谐德拜模型, 成功计算了TiC在高温高压下的体弹模量、熵、热膨胀系数、徳拜温度、 Grüneisen参数和比热容. 结果表明压强对体弹模量、热膨胀系数和徳拜温度的影响大于温度对其的影响. 热容随着压强升高而减小, 在高温高压下, 热容接近Dulong-Petit极限.     

ZnO电子结构与光学性质的第一性原理计算

计算了ZnO电子结构和光学线性响应函数,从理论上给出了ZnO材料电子结构与光学性质的关系。所有计算都是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。利用精确计算的能带结构和态密度分析了带间跃迁占主导地位的ZnO材料的介电函数、反射谱、反射率以及消光率,理论结果与实验符合甚佳,为ZnO光电材料的设计与应用提供了理论依据。同时,计算结果也为精确监测和控制ZnO材料的生长过程提供了可能性。     

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.     

CuInSe2电子结构与光学性质的第一性原理计算

从头计算了CuInSe2(CIS)体相的性质,参数设定和性质计算都基于密度泛函理论,交换相关能采用GGA,泛函形式为PBE,原子间相互作用的描述采用超软赝势.计算发现CIS中存在共价键,是一种非典型的离子型晶体,在整个晶体内存在共用电子对,Cu原子和Se原子的作用大于Se原子和In原子.CIS是一种典型的直接带隙半导体,计算得到了光学性质的各项参数,包括折射指数和反射率,吸收系数以及介电函数与光子能量的关系,发现CIS的主要光吸收峰有6个,分别为:3.1,7.6,10.0,16.1,19.0,21.0 eV,理论上最强吸收峰在紫外光区.     

CaB6电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理的分子动力学方法系统地计算了温度为300K时CaB6基态的电子结构、态密度和光学性质.能带结构分析表明CaB6属于一种直接带隙半导体;其导带主要由Ca的3d态电子构成,价带主要由B的2p态电子构成,静态介电常数ε1(0)=7.8,折射率n(0)=2.8,吸收系数最大峰值为4.37×105...     

Mg2Sn电子结构及热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Mg2Sn基态的电子结构、弹性常数和热力学性质.计算结果表明Mg2Sn的禁带宽度为0.1198eV.运用线性响应方法确定了声子色散关系和态密度,得出Mg2Sn的热力学性质如等容比热和德拜温度.计算Mg2Sn的热导率并与实验数据相比较.     

高压下固态Kr弹性性质、电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用密度泛函理论中平面波基矢,模守恒赝势结合局域密度近似以及广义梯度近似对固态Kr在高压下的结构以及弹性性质进行了研究, 通过计算发现弹性常数,Debye温度以及声速都随压力的增大而增大,所计算的弹性常数与实验和其他的理论符合的很好. 利用Debye模型得到了固态Kr的热力学性质, 熵随压力的增大而减小,随温度升高而升高;而定容热容C_v,定压热容C_p则随温度升高而升高,而且C_v在达到一定温度时趋于定值,所得的热力学性质和实验值是相符的．最后还预测了固态Kr在高压下的电子结构和光学性质, 计算结果表明随压力的增加固态Kr的前沿能带变窄,光吸收系数增大,吸收峰增宽,电子更容易发生跃迁,固态Kr有可能转化为半导体． 关键词： Kr 第一性原理 弹性常数 光学性质     

PrB6电子结构及光学性能的第一性原理研究

本文采用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法,系统研究了稀土PrB6的电子结构、自旋极化态密度和光学性质,并在此基础上预测了PrB6薄膜的太阳辐射屏蔽性能。研究发现：PrB6属于金属导体材料,其费米面附近的能带主要由B的2p和Pr的4f层的电子态构成;PrB6对近红外辐射具有较高的反射率和较强的吸收;PrB6薄膜的理论透过率曲线在可见光区呈“吊铃”型分布,其不仅具有较好的可见光透过率而且对紫外和近红外辐射具有较强的屏蔽性能。此研究结果将为PrB6光电材料的设计和应用提供理论依据。     

PrB6电子结构及光学性能的第一性原理研究

本文采用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法,系统研究了稀土PrB6的电子结构、自旋极化态密度和光学性质,并在此基础上预测了PrB6薄膜的太阳辐射屏蔽性能。研究发现：PrB6属于金属导体材料,其费米面附近的能带主要由B的2p和Pr的4f层的电子态构成;PrB6对近红外辐射具有较高的反射率和较强的吸收;PrB6薄膜的理论透过率曲线在可见光区呈“吊铃”型分布,其不仅具有较好的可见光透过率而且对紫外和近红外辐射具有较强的屏蔽性能。此研究结果将为PrB6光电材料的设计和应用提供理论依据。     

PrB_6电子结构及光学性能的第一性原理研究

本文采用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法,系统研究了稀土PrB_6的电子结构、自旋极化态密度和光学性质,并在此基础上预测了PrB_6薄膜的太阳辐射屏蔽性能.研究发现:PrB_6属于金属导体材料,其费米面附近的能带主要由B的2p和Pr的4f层的电子态构成;PrB_6对近红外辐射具有较高的反射率和较强的吸收;PrB_6薄膜的理论透过率曲线在可见光区呈吊铃型分布,其不仅具有较好的可见光透过率而且对紫外和近红外辐射具有较强的屏蔽性能.此研究结果将为PrB_6光电材料的设计和应用提供理论依据.     

β-PTCDA的电子结构和光学性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论,采用第一性原理赝势平面波方法研究了β-PTCDA分子晶体的能带结构、分波态密度和光学性质,通过分析不同种类原子的不同电子态在不同电子能级中的贡献,获得β-PTCDA分子晶体的光频介电常数、光吸收系数、折射率和能量损失函数等随光频的变化规律.结果表明:β-PTCDA作为一种直接带隙的窄带隙有机半导体,对费米能级贡献较大的电子轨道为苝核的C 2p以及O 2p电子态,即价带顶;对导带底贡献较大的为C 2p及O 2p电子态,包括酸酐C原子;其在光子能量为2～10 eV的区域具有强的光吸收特性,以及明显的双轴各向异性;在介电函数实部ε1(ω)＜0的光频区域,β-PTCDA分子晶体具有各向异性电导率,且与能量损失函数相一致.     

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。     

ZnSe相变、电子结构的第一性原理计算

基于第一性原理平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法,对闪锌矿结构(ZB)和岩盐结构(RS)的ZnSe在0—20GPa高压下的几何结构、态密度、能带结构进行了计算研究,分析了闪锌矿结构ZnSe和岩盐结构ZnSe的几何结构.在此基础上,研究了ZnSe的结构相变、弹性常数、成键情况以及相变压强下电子结构的变化机理.结果发现:通过焓相等原理得到的ZB相到RS相的相变压强为15.3GPa,而由弹性常数判据得到的相变压强为11.52GPa,但在9.5GPa左右并没有发现简单立方相的出现;在结构相变过程中,sp3轨道杂化现象并未消除,Zn原子的4s电子在RS相ZnSe的导电性中起主要贡献.     

高温高压下合金碳化物Fe3Mo3C热力学性质的第一性原理计算

基于平面波赝势密度泛函理论的第一性原理与准谐德拜模型结合的方法研究了高温高压下合金碳化物Fe₃Mo₃C的热力学性质.在压强范围为0～40 GPa和温度范围为0～1200 K的条件下,Fe₃Mo₃C的体积比V/V₀、体弹性模量B和德拜温度θ受压强的影响比温度更大.温度一定时,体弹性模量和德拜温度随压强的增大而迅速增大. Fe₃Mo₃C的热容C_v、熵S以及热膨胀系数α受温度的影响较压强更大.压强一定时,材料的热容、熵以及热膨胀系数均随温度升高单调增大,其中,热容和热膨胀系数随温度先快速上升后趋于平缓,最后热容接近于Dulong-Petit极限.     

ZrV2结构、弹性和热力学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法研究ZrV₂的晶体结构和弹性,利用准谐Debye模型计算在不同温度(T=0~1200 K)和不同压强(P=0~20 GPa)下ZrV₂的热力学性质,包括弹性模量与压强,热熔与温度,以及热膨胀系数与温度和压力的关系.结果表明:计算的ZrV₂晶格常数与实验值符合较好,晶体材料的弹性常数随着压力增加而增加;在一定温度下,相对体积、热熔随着压强的增加而减小,德拜温度、弹性模量随着压强的增加而增加,且高压下温度对ZrV₂热膨胀系数的影响小于压强的影响.