A first-principles study of B2 NiAl alloyed with rare earth elements Pr,Pm,Sm,and Eu

The structural,elastic,and electronic properties of NiAl alloyed with rare earth elements Pr,Pm,Sm,and Eu are investigated by using density functional theory(DFT).The study suggests that Pr,Pm,Sm,and Eu all tend to be substituted for an Al site.Ni8Al7Pm possesses the largest ductility.Only the hardness and ductility of Ni8Al7Eu are enhanced simultaneously.The covalency strength of the Ni-Al bond in Ni8Al7Pm is higher than that in Ni8Al7Eu.The covalency strength of an Al-Al bond and that of a Ni-Ni bond in Ni8Al7Eu are higher than that in Ni8Al7Pm.The Ni-Pm bond and the Ni-Eu bond are covalent,and the covalency strength of the Ni-Pm bond is greater.The Al-Pm bond and the Al-Eu bond show great covalency strength and ionicity,respectively.     

铸造锌铝合金稀土变质机理的电子理论研究

根据分子动力学理论建立了液态锌铝合金ZA27的模型，结合计算机编程构造出了ZA27合金α 相与液相共存时的原子结构模型，利用递归方法计算了稀土固溶于晶粒内和富集于结晶前沿 时的电子结构.由此得出：稀土处于相界区比在晶内更稳定，从而解释了稀土在α相内溶解 度很小，结晶时富集于结晶前沿液体中的事实；稀土处于液态和晶态的结构能差相对于铝较 大解释了稀土在相界前的富集使α晶枝产生熔断、游离、增殖的观点.原子间的键级积分计 算也表明，稀土处于结晶前沿液体中与铝相比不容易结晶到晶体表面，起到阻碍晶粒长大， 细化晶粒的作用，这就从电子层次解释了稀土的变质机理. 关键词： 电子结构 液固相界原子结构模型 稀土变质机理     

稀土元素(Ce,Pr)掺杂GaN的电子结构和光学性质的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法计算了稀土元素Ce,Pr掺杂GaN的晶格参数、能带、电子态密度和光学性质,使用LSDA +U的方法处理具有强关联作用的稀土4f态,并分析比较计算结果.计算表明:掺入Ce和Pr后的体系相比未掺杂的GaN晶格常数增大,带隙变窄,并分别在禁带中和价带顶附近引入了局域的杂质能级,该能级主要由Ce和Pr的4f电子提供;掺杂后都发生了磁有序化并产生磁矩;最后定性分析了掺杂前后介电函数和光吸收系数的变化,掺Ce的体系在介电函数和吸收系数的低能区出现了峰值,该峰的出现和禁带中的杂质能级到导带底的跃迁有关,而掺Pr的体系由于带隙变窄使介电峰和吸收边发生红移.     

CeO2的电子结构，光学和晶格动力学性质：第一性原理研究

基于考虑了Ce-4f电子间的库仑作用U和交换作用J的LDA+U方案,应用第一性原理计算系统研究了CeO₂的电子结构,光学和晶格动力学性质.电荷密度和电子局域函数的分布特征表明,CeO₂是属于共价键的绝缘体.介电常数、玻恩有效电荷张量和声子色散曲线的计算值和相应的实验结果符合得比较好. 关键词： 电子结构 光学性质 晶格动力学 第一性原理计算     

Half-metallic ferromagnetism in C-doped zinc-blende ZnO: A first-principles study

We perform a first-principles study of electronic structure and magnetism of C-doped zinc-blende ZnO using the full-potential linearized augmented plane wave method. Results show that C-doped zinc-blende ZnO exhibits half-metallic ferromagnetism with a stable ferromagnetic ground state. The calculated magnetic moment of the 32-atom supercell containing one C dopant is 2.00 μ B , and the C dopant contributes most. The calculated low formation energy suggests that C-doped zinc-blende ZnO is energetically stable. The hole-mediated double exchange mechanism can be used to explain the ferromagnetism in C-doped zinc-blende ZnO.     

Defect-induced ferromagnetism in rutile TiO_2 : A first-principles study

Based on first-principles calculations, the electronic and magnetic properties of undoped and Li-doped rutile TiO2 have been studied. The results demonstrate that a cation vacancy can arouse ferromagnetism in TiO2 and the magnetic moment mainly comes from p orbitals of O atoms around the Ti vacancy. However, the Ti vacancy under normal conditions is very difficult to form due to its high formation energy. Our calculations indicate that Li-doped TiO2 can reduce the formation energy while keeping the magnetism. The large magnetization energy indicates that Li-doped TiO2 is a promising room-temperature diluted magnetic semiconductor.     

稀土元素掺杂对VH2解氢性能的影响

采用密度泛函理论(DFT)的第一性原理的平面波超软赝势方法,研究了La, Ce和Pr掺杂对VH₂的 电子结构和解氢性能的影响.计算结果显示La, Ce和Pr掺杂VH₂后晶体模型的费米能级E_f处 电子浓度N (E_f)的增加,表明体系结构稳定性减弱,解氢能力增强; 电子密度计算也显示V-H之间相互作用减弱,解氢能力增强;同时Mulliken布居数计算结果还显示掺杂以后 解氢能力增强与V-d轨道Mulliken布居数减少, V-s轨道Mulliken布居数增加有关.     

Some optical properties of rare earth (Dy,Nd and Sm) activated ZnO phosphors

Some rare earth (Dy, Nd and Sm) doped ZnO electroluminors have been prepared in vacuum (1 torr) and their photo (PL) and electroluminescence (EL) spectra investigated at room temperature at different concentrations of rare earth (RE) ions. Compared to the spectra of undoped ZnO, these spectra consist of the same bands shifted either towards low or high energy side and the intensity of high energy band is decreased while that of low energy band is enhanced. In any case no additional band or line was observed. The experimental results have been explained on the basis of donor-acceptor pair model of recombination process where donor levels are due to RE ions and the acceptors are the luminescent centres of undoped ZnO electroluminors. The mechanism of excitation is of acceleration-collision type.     

稀土掺杂ABS防激光玻璃的制备及其结构研究

在稀土掺杂碱硼硅酸盐(ABS)玻璃形成能力研究的基础上,采用核磁共振NMR、红外激光拉曼光谱等测试手段研究该种玻璃的结构特征。研究结果表明,[SiO4]2-、[BO4]5-和[BO3]3-等结构单元通过[SiO4]4--[BO4]5-、[BO4]5--[BO3]3-、[BO3]3--[SiO4]4-等连接方式构成了玻璃网络结构,形成了巨大的介稳体系,稀土Sm3+等阳离子则填充在网络空隙之中。光谱研究结果表明,Sm3+掺杂ABS玻璃对1.06μm波长的激光具有很强的吸收,当稀土含量达到20mol%时,玻璃在1.06μm波长的透过率仅为0.03%。     

镧铱硅电子结构与成键机理的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究了镧铱硅（La-Ir-Si）体系四种异构体的电子结构与成键机理．通过对能带结构、态密度的系统分析,发现：La-Ir-Si体系的超导属性与该体系中过渡元素Ir-d态和Si-p态的p-d轨道耦合强度有关．为了定量描述p-d轨道耦合的强度,采用了分子中的原子方法,针对La-Ir-Si体系成键过程中的电荷迁移进行了定量的分析,结果表明,超导的转变温度与体系中Ir原子basin中的电荷量成近线性关系． 关键词： La-Ir-Si 电子结构 超导属性 第一原理     

ZA27合金中稀土及铁的晶界偏聚与交互作用

根据分子动力学理论建立了液态ZA27合金的原子集团，结合计算机编程构造出ZA27合金α相与液相共存时的原子构形及α相大角度重位点阵晶界模型.利用递归法计算了铁、稀土元素 固溶 于晶粒内，游离于固液相界面及其在α相晶界处的环境敏感镶嵌能，计算了铁、稀土元素与 Al 的键级积分.由此得出：铁、稀土处于固液相界区比在晶内更稳定，解释了铁、稀土在α相内溶解度很小，结晶时富集于固液相界前沿液体中，从而导致凝固结束后铁、稀土元素偏聚于晶界，并形成成分复杂的稀土化合物的事实. 关键词： 稀土 晶界 递归方法 电子结构     

Heusler合金Ni2MnSi的电子结构、磁性、压力响应及四方变形的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理的投影扩充波函数（PAW）方法,计算了化学计量的Ni₂MnSi的晶体结构、磁性、电子结构、压力响应以及四方变形. 计算结果表明,在Ni₂MnSi的总磁矩中,Mn原子对总磁矩的贡献最大;Ni₂MnSi的总态密度的低能部分主要由Si-s投影态密度决定,高能部分主要由Ni-d,Mn-d和Si-p的投影态密度决定;Ni₂MnSi在四方变形中,在095<c/a<11 关键词： 第一性原理 电子结构 压力响应 四方变形     

Magnetic property improvement of niobium doped with rare earth elements

A new idea is proposed by the PKU group to improve the magnetic properties of the Type-II superconductor niobium.Rare earth elements like scandium and yttrium are doped into ingot niobium during the smelting processes. A series of experiments have been done since 2010. The preliminary testing results show that the magnetic properties of niobium materials have changed with different doping elements and proportions while the superconductive transition temperature does not change very much. This method may increase the superheating magnetic field of niobium so as to improve the performance of the niobium cavity, which is a key component of SRF accelerators. A Tesla-type single-cell cavity made of scandium-doped niobium is being fabricated.     

A first-principles study on structural stability and mechanical properties of polar intermetallic phases CaZn2 and SrZn2

Structural stability and electronic properties of polar intermetallic CaZn₂ and SrZn₂ in both CeCu₂-type and MgZn₂-type structures have been investigated using first-principles method. The calculated equilibrium lattice parameters agree closely with the available experimental and other theoretical results. In terms of formation enthalpy, it is discovered that the present compounds with CeCu₂-type structure are energetically more stable than that with MgZn₂-type. They are all mechanically stable according to the criteria of elastic stability. In particular, we have investigated the pressure effect on the compressive behaviour and structural stability of each compound. Subsequently, the bulk modulus, shear modulus, Young’s modulus, theoretical hardness, Poisson’s ratio and Debye temperature in the ground state can be estimated using Voigt–Reuss–Hill homogenization method. Mechanical anisotropy is characterized by the anisotropic factors and direction-dependent Young’s modulus. Finally, the electronic structures are determined to reveal the bonding characteristics of considered phases.     

稀土对镁合金应力腐蚀影响电子理论研究

建立了镁合金纯净晶界及其析出Mg₁₇Al₁₂相的晶界原子集团，应用实空间的递归方法计算了铝、稀土元素在晶界的偏聚能，晶界处铝、稀土原子间相互作用能和不同体系的费米能级.讨论了铝、稀土在晶界的偏聚行为，铝、稀土原子间的相互作用与有序化的关系及稀土对镁合金晶间应力腐蚀影响的物理本质.研究发现：铝、稀土原子偏聚于晶界；铝原子间相互排斥，在晶界区形成有序相Mg₁₇Al₁₂，稀土原子间互相吸引，形成原子团簇；稀土原子团吸引铝原子，使铝原子渗入稀土团簇中，形成稀土化合物.因此，稀土具有抑制铝在晶界形成导致应力腐蚀的阴极相Mg₁₇Al₁₂的作用，提高镁合金的晶间应力腐蚀抗力. 关键词： 电子理论 镁合金 应力腐蚀 稀土     

高掺杂稀土PBA玻璃的制备及其化学稳定性研究

稀土掺杂磷酸盐玻璃具有优异的光学和光谱特性,在激光介质材料、有色滤光材料等领域中有着重要的应用。在研究P2O5-BaO-Al2O3-Sm2O3(PBAS)玻璃形成能力的基础上,借助NMR、红外吸收光谱等分析手段,研究了玻璃的结构特点以及在各种化学介质条件下玻璃的化学稳定性能、玻璃的组成和结构对化学稳定性的影响。结果表明:玻璃结构主要由磷氧四面体[PO4]3-和铝氧八面体[AlO6]3-构成;Al3+含量越高,玻璃结构越稳定,玻璃的耐水性和耐酸性也越好;玻璃结构中阳离子的极化能力越强,玻璃的耐酸性越好,侵蚀过程中玻璃表面形成的“缺碱层”在一定程度上减缓了化学介质的侵蚀程度;在碱性介质中,磷酸盐长链末节的金属离子被水化,产生P—O—P断键,形成正磷酸盐溶解到溶液中,稀土离子含量的增加,在一定程度上恶化了玻璃的耐碱性能。     

稀土掺杂对钴铁氧体电子结构和磁性能影响的理论研究

尖晶石型铁氧体是十分重要的磁性材料之一, 具有独特的物理性质、化学特性、磁学特性和电子特性. 其中尖晶石型钴铁氧体具有较好的电磁性质而被广泛应用. 本文基于密度泛函理论(DFT) 的第一性原理平面波赝势法, 结合广义梯度近似(GGA+U), 研究了CoRE_0.125Fe_1.875O₄ (RE = Nd, Eu, Gd)体系的电子结构和磁性能. 结果表明随着稀土元素从Nd到Gd掺杂体系晶胞的晶格常数呈递减趋势. 磁性能依赖于稀土离子(RE³⁺)4f轨道未配对的电子数, 掺杂Eu和Gd能够提高钴铁氧体体系的磁矩, 主要因为它们3+价态离子具有较多未配对的4f电子, 因而对磁性能的影响较大. 然而Nd 的掺杂对体系磁性能的影响很小, 这是由于它的离子半径较大, 导致晶格发生畸变.     

应变对钴铁氧体电子结构和磁性能影响的第一性原理研究

尖晶石型钴铁氧体(CoFe₂O₄)因具有良好的电磁性质, 广泛应用于计算机技术、航空航天及医学生物等领域. 特别是钴铁氧体薄膜在磁电复合材料中具有良好的应用前景. 本文基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法, 结合广义梯度近似, 通过采用更接近于实验上外延生长的二维应变模型, 研究了钴铁氧体薄膜的结构稳定性、电子结构和磁性能. 结果表明: 在二维应变作用下, 反尖晶石结构的钴铁氧体比正尖晶石结构的稳定, 但是与平衡基态相比, 两者能量差减小, 这表明在应变作用下, 八面体晶格中的Co²⁺离子与四面体晶格中的Fe³⁺离子更容易进行位置交换, 形成混合型结构的钴铁氧体; 同时随着应变的增大, 钴铁氧体的能带带隙减小, 晶格中的原子磁矩发生变化, 但总磁矩变化不明显. 关键词： 尖晶石型钴铁氧体 第一性原理 电子结构 磁性能     

稀土金属间化合物的晶体结构及其标准X射线衍射数据

文章结合作者的科研工作,介绍了新的稀土金属间化合物及其晶体结构与标准X射线衍射数据的研究.     

碳掺杂BaTiO3的电子结构和磁性研究

基于密度泛函理论,从头计算了C间隙和替位氧掺杂立方结构BaTiO3的电子结构和磁学性质．结果表明C掺杂BaTiO3在自旋极化状态下的总能量比自旋非极化状态下的总能量小,说明C掺杂BaTiO3的基态具有铁磁性．从态密度和自旋电子密度分布可知,C位于BaTiO3间隙的磁性机理和过渡金属掺杂半导体产生磁性的机理类似：C替位掺杂BaTiO3体系磁性源于未配对的C2p电子．