LSDA+U方法对富勒烯内掺稀土原子的结构和电子结构的理论研究

在密度泛函理论框架下的局域密度近似方法 (LDA)能够准确地给出广延态电子体系的基态电子结构 ,是研究复杂体系的电子结构的一种非常成功的方法。由于这种方法不含参数 ,被广泛地用于微观体系的研究。但是 ,在处理的体系中含有局域电子时 ,由于方法的局限 ,给出的结果与光电子谱等试验结果符合得并不好。LSDA U方法是在局域自旋密度近似的框架下 ,结合模型哈密顿方法 ,对局域电子采用哈伯德模型描述 ,用以改进局域密度近似计算的一种方法。本文利用局域密度近似下的离散变分团簇方法 (DVM )对于内嵌稀土原子的富勒烯Er2 @C82 、Tm @C82 的电子结构进行了第一性原理的计算。对于体系中所含的稀土原子存在强关联的 4f电子 ,在LDA方法计算的基础上 ,考虑 4f电子在位库仑作用 ,用LSDA U方法研究了上述体系 ,得到了可以和XPS和吸收谱相比较的结果。     

LSDA＋U方法对富勒烯内掺稀土原子结构和电子结构的理论研究

在密度泛函理论框架下的局域密度近似方法（ＬＤＡ）能够准确地给出广延态电子体系的基态电子结构,是研究复杂体系的电子结构的一种非常成功的方法。由于这种方法不含参数,被广泛地用于微观体系的研究。但是,在处理的体系中含有局域电子时,由于方法的局限,给出的结果与光电子谱等试验结果符合得并不好。ＬＳＤＡ＋Ｕ方法是局域自旋密度近似的框架下,结合模型哈密顿方法,对局域电子采用哈伯德模型描述,用以改进局域密度近似计算的一种方法。本利用局域密度近似下的离散变分团簇方法（ＤＶＭ）对于内嵌稀土原子的富勒烯Ｅｒ２Ｃ８２、ＴｍＣ８２的电子结构进行了第一性原理的计算。对于体系中所含的稀土原子存在强关联的４ｆ电子,在ＬＤＡ方法计算的基础上,考虑４ｆ电子在位库仑作用,用ＬＳＤＡ＋Ｕ方法了上述体系,得到了可以和ＸＰＳ和吸收谱相比较的结果。     

LSDA+U方法对富勒烯内掺稀土原子的结构和电子结构的理论研究

在密度泛函理论框架下的局域密度近似方法 (LDA)能够准确地给出广延态电子体系的基态电子结构 ,是研究复杂体系的电子结构的一种非常成功的方法。由于这种方法不含参数 ,被广泛地用于微观体系的研究。但是 ,在处理的体系中含有局域电子时 ,由于方法的局限 ,给出的结果与光电子谱等试验结果符合得并不好。LSDA +U方法是在局域自旋密度近似的框架下 ,结合模型哈密顿方法 ,对局域电子采用哈伯德模型描述 ,用以改进局域密度近似计算的一种方法。本文利用局域密度近似下的离散变分团簇方法 (DVM )对于内嵌稀土原子的富勒烯Er2 @C82 、Tm @C82 的电子结构进行了第一性原理的计算。对于体系中所含的稀土原子存在强关联的 4f电子 ,在LDA方法计算的基础上 ,考虑 4f电子在位库仑作用 ,用LSDA +U方法研究了上述体系 ,得到了可以和XPS和吸收谱相比较的结果。     

自辐射场下PuO2分子光谱研究

在相对论有效原子实势（RECP）近似下,采用优选的密度泛函 B3P86方法,研究了钚本身产生自辐射场（-0.005～0.005a.u.）作用下PuO2基态分子的能隙Eg和谐振频率ν.结果表明：能隙Eg＝3.157eV,接近实验值1.8eV,PuO2在自辐射场中具有半导体性质;反对称伸缩振动频率ν3(σg)、弯曲振动频率ν2(πu)和对称伸缩振动频率ν1(σg)与实验值794.3 cm-1、230.2、746.5cm-1基本吻合.     

GGA+U方法研究C-Al掺杂GaN的电子结构和光学性质

本文用密度泛函理论的第一性原理,研究了C单掺、Al单掺、C-Al共掺GaN体系的电子结构及光学性质.通过分析发现,与本征GaN相比,掺杂后体系都发生了晶格畸变,其中C-Al共掺GaN体系,较容易形成且禁带宽度明显减小,形成了P型半导体,显著降低了电子跃迁所需要的能量;另外,该共掺体系的静介电常数最大,极化能力最强,介电虚部的主峰向低能区域偏移,并且吸收光谱在可见光范围内产生了红移现象,这都体现了C-Al共掺可以拓展GaN体系对可见光的响应范围.因此,C-Al共掺将有望提高GaN体系的光催化性能.     

同时具有CuO_2层和Fe_2Se_2O层的新型结构Pr_4CuO_7Fe_2Se_2的设计与电子结构研究

铜氧化物高温超导体和铁基高温超导体的发现,打破了基于电声耦合机理的BCS所预测的超导转变温度极限,使得人们对于超导材料的研究进入新的阶段.两者具有相似的层状结构,在掺杂引入载流子的情况下能够产生超导现象.本文报道基于已有的铜氧化物超导体Pr2CuO_4和具有类超导体结构的Pr2O_3Fe_2Se2系列化合物,设计出一系列超导候选材料Pr_4CuO_7Fe_2Se_2,并对其电子结构进行了基于密度泛函理论的第一性原理计算研究.计算的能带结构和态密度表明,Pr_4CuO_7Fe_2Se_2整体表现出弱导电性,与已有超导体类似;具有明显的各项异性,同样为层状结构,Fe_2Se_2O层和CuO_2层均表现出导电性,被Pr2O_2层分离开,其中费米能级附近Fe_2Se_2O层对态密度的贡献较大,Pr2O_2层几乎无导电性,z轴方向则表现出绝缘体特性.新设计结构的整体表现如同Pr2CuO_4和Pr2O_3Fe_2Se2的结合,但是CuO_2层和Fe_2Se_2O层的活跃能级区域又有所不同,这就使得同一环境下,单一物质中,对比研究两种层状结构的物理表现成为一种可能.     

同时具有CuO2层和Fe2Se2O层的新型结构Pr4CuO7Fe2Se2的设计与电子结构研究

铜氧化物高温超导体和铁基高温超导体的发现,打破了基于电声耦合机理的BCS所预测的超导转变温度极限,使得人们对于超导材料的研究进入新的阶段。两者具有相似的层状结构,在掺杂引入载流子的情况下能够产生超导现象。本文报道基于已有的铜氧化物超导体Pr2CuO4和具有类超导体结构的Pr2O3Fe2Se2系列化合物,设计出一系列超导候选材料Pr4CuO7Fe2Se2,并对其电子结构进行了基于密度泛函理论的第一性原理计算研究。计算的能带结构和态密度表明,Pr4CuO7Fe2Se2整体表现出弱导电性,与已有超导体类似;具有明显的各项异性,同样为层状结构,Fe2Se2O层和CuO2层均表现出导电性,被Pr2O2层分离开,其中费米能级附近Fe2Se2O层对态密度的贡献较大,Pr2O2层几乎无导电性,z轴方向则表现出绝缘体特性。新设计结构的整体表现如同Pr2CuO4和Pr2O3Fe2Se2的结合,但是CuO2层和Fe2Se2O层的活跃能级区域又有所不同,这就使得同一环境下,单一物质中,对比研究两种层状结构的物理表现成为一种可能。     

用LDA＋U方法研究CeO2的电子结构和晶格动力学性质

稀土金属铈的氧化物CeO2在工业中有着广泛的应用。目前普遍使用铂铑钯等贵金属三元催化剂来净化汽车尾气。为提高催化剂性能并减少贵金属用量，工业中用稀土（主要是氧化铈和氧化镧）作为添加剂。此外氧化铈在光催化剂以及抗菌陶瓷和富氧离子环保涂料方面有广泛应用。其中，如何处理Ce的4f未填满电子壳层对正确计算CeO2物理化学性质的影响是一个关键的理论问题。目前LDA＋U密度泛函方法可以有效解决Ce的4f电子强关联效应，即引入Hubbarb形式的库仑相互作用，使得能量泛函Etot（n，n^^）写成：     

Pb2+: CaWO4晶体电子结构研究

运用局域密度泛函理论的离散变分方法（DV-Xa）模拟计算了掺Pb2+后CaWO4晶体的电子结构。计算结果表明,掺Pb2+后晶体的带隙明显变窄;晶体中可能存在Pb的6 s态到W的5 d态的电子跃迁过程,用过渡态的方法计算得到其光学跃迁能为3.86 eV（对应322 nm吸收带）。并解释了晶体内440 nm发光带起源于W的5 d态到Pb的6 s的金属离子间电子转移过程。     

A comparative study of a Heusler alloy Co2FeGe using LSDA and LSDA+U

We have calculated the on-site Coulomb repulsion (U) for the transition elements Co and Fe. To study the impact of Hubbard potential or on-site Coulomb repulsion (U) on structural and electronic properties the calculated values of U were added on GGA and LSDA. We performed the structure optimization of Co₂FeGe based on the generalized gradient approximation (GGA and GGA+U). The calculation of electronic structure was based on the full potential linear augmented plane wave (FP-LAPW) method and local spin density approximation (LSDA) as well as exchange correlation LSDA+U. The Heusler alloy Co₂FeGe fails to give the half-metallic ferromagnetism (HMF) when treated with LSDA. The LSDA+U gives a good result to prove that Co₂FeGe is a HMF with a large gap of 1.10 eV and the Fermi energy (E_F) lies at the middle of the gap of minority spin. The calculated density of states (DOS) and band structure show that Co₂FeGe is a HMF when treated with LSDA+U.     

Electronic structure and bonding properties for Laves-phase RV2 (R=Ti, Nb, Hf, and Ta) compounds

The electronic structure and bonding properties of Laves-phase compounds RV₂ (R=Ti, Nb, Hf, and Ta) with C15 structure have been investigated using the full-potential linearized augmented plane-wave method. The results show that the chemical bonding is metallic–ionic–covalent in nature in these compounds, and the covalent bonding between V and V atoms strengthens with the atomic number, increasing among the RV₂ (R=Ti, Nb, Hf, and Ta) compounds. The density of states (DOS), equilibrium volume, and elastic properties are discussed, which is important for understanding the physical properties of RV₂ (R=Ti, Nb, Hf, and Ta) and may inspire future experimental research.     

The effect of crystal lattice distortions on the electronic band structure and optical properties of the N,V- and N,Na-doped anatase

The crystal structure, energy band structure and optical absorption of the N,V-doped and N,Na-doped anatase are studied by means of the first-principle pseudo-potential plane wave and linear muffin-tin orbitals methods. We show that the nitrogen and vanadium atoms have a tendency to form covalently bonded pairs. The crystal lattice distortions associated with doping essentially affect the optical absorption. With doping the impurity bands emerge in the band gap of the host anatase, however, a noticeable increase of optical absorption takes place at the energy only above 3 eV. Possible impact of this effect on the photocatalytic activity of the doped anatase is outlined.     

First-principles study of electronic structure and magnetism of cubic Al1−xErxN using the LSDA+U approach

First-principles calculations, by means of the full-potential augmented plane wave method using the LSDA+U approach (local spin density approximation with Hubbard-U corrections), have been carried out for the electronic structure of the Al_0.75Er_0.25N. The LSDA+U method is applied to the rare-earth 4? states. We have investigated the electronic and magnetic properties.The Al_0.75Er_0.25N is shown to be a semiconductor, where the filled ? states are located in the valence bands and the empty ones above the conduction band edge. The magnetic interaction of the rare-earth ion with the host states at the valence and conduction band edges has been investigated and discussed.     

Mn掺杂Fe2B晶体结构、力学性能及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,本文系统地研究了Fe8-xMnxB4 (x = 0, 0.25, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ,8)的晶体结构、机械性能和电子结构。计算得到Fe2B的晶格常数与实验值相符,所有相都具有良好的热力学稳定性和机械稳定性。随着Mn掺杂浓度逐渐增大,Fe8-xMnxB4的各向异性先减弱后增强,Fe7.75Mn0.25B4的各向异性最弱。当Mn掺杂浓度较低时,Fe8-xMnxB4的硬度略微降低,韧性增强。除了Fe7Mn1B4、Fe6Mn2B4、Fe5Mn3B4、Fe4Mn4B4之外,其余的Fe8-xMnxB4相的韧性均比Fe2B好。由电子结构可以发现,Fe8-xMnxB4的力学性能主要由Fe-B键或Mn-B键决定。Mn掺杂到Fe2B中会使得B-B共价键增强,Fe2B的本征脆性得到改善,同时Fe2B的磁性不断减弱。     

压力下CaN_2结构稳定性和电子结构的第一性原理研究

通过运用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法结合广义梯度近似对压力下CaN_2的结构稳定性和电子结构进行了理论研究.对结构稳定性的研究表明,ZnCl_2型结构是CaN_2在环境压力下最稳定的结构,而实验上观察到的CaC_2-I型结构是CaN_2高压下(8.7 GPa)的稳定性结构.在50 GPa的压力范围内,CaN_2将发生从ZnCl_2型结构到ThC_2型结构再到CaC_2-I型结构的两次压致结构相变,其相变压力分别为0.81 GPa和8.77 GPa.而对电子结构的研究表明ZnCl_2型、ThC_2型和CaC_2-I型三种结构的CaN_2都表现出了金属特征,三种结构CaN_2当中Ca-N键的离子-共价性特征和N原子间的N=N双键特征得到了确认.