蓝宝石在高压下光学性质及能带结构的从头算模拟

采用量子力学从头算和赝势平面波基组以及GGA-PBE交换相关函数对蓝宝石(α- Al2O3)窗口材料在0－1000GPa静水压力作用下光学性质及能带结构进行了研究。结果表明, 在静水压力作用下可以观察到蓝宝石一直保持良好的透明性,前沿带隙随着压力的增大先变大后变小,而且部分键长有明显变化,即蓝宝石单晶结构在加压过程中发生了原子位置移动而进行了位置重构。     

第一性原理研究ZnS掺V的光学性质和电子结构

 运用密度泛函平面波赝势方法（PWP）和广义梯度近似（GGA）,对替代式掺杂钒（V）的闪锌矿（ZnS）的超晶胞电子结构进行了计算。研究了ZnS掺杂的光学性质及其电子结构,通过分析发现,光吸收的计算结果与运用配位场理论得到的计算结果以及实验数据符合较好;同时还对引入杂质前后电子结构的异同以及价键的一些性质进行了对比分析：因为杂质V的引入,态密度出现了几个新的峰,并且本体能带向低能方向偏移了大约2.5 eV,V所带正电荷为0.28,比任何一类Zn原子都要小,S—V键的共价性最强、键长最短。     

铁的自旋转变对菱镁矿热力学性质的影响

含铁菱镁矿(Mg,Fe)CO3是碳进入地球深部的主要载体之一,铁的进入会引起矿物物理性质的变化。采用第一性原理计算方法,研究了菱镁矿含铁及铁的自旋转变对菱镁矿热力学性质的影响。含铁菱镁矿的低自旋态体积比不含铁菱镁矿小;高自旋态在低温端的体积比不含铁菱镁矿略微增大,在高温端却减小;在所研究的温压范围内,低自旋态的体积始终比高自旋态的体积小。含铁菱镁矿高自旋态的热膨胀系数减小,而自旋转变会导致热膨胀系数增加。考虑高低两种自旋态共存时的热力学性质时,计算结果表明:自旋态共存时的热膨胀系数、速度在自旋共存区间内分别呈现异常增大峰和异常减小峰,并且这些异常变化峰随着温度的升高向高压方向移动。     

碘化钠弹性常数和声速的量子力学从头算

采用从头算平面波赝势(PWP)方法结合电子交换关联能的广义梯度近似(GGA)理论,对不同压力下碘化钠的晶体结构进行几何优化计算,得到体系的最稳定优化构型和相应的能量,利用胡克定律计算得到了相应压力下的弹性性质,取得了碘化钠单晶在零温条件下、压力0~30 GPa范围内弹性常数与压力的关系.根据弹性波在晶体中的传播行为求解了碘化钠单晶[100][、110]、[111]三个主要方向的声速.     

高压下TATB压缩性质的LDA和GGA比较研究

本文采用第一性原理密度泛函理论,结合平面波赝势方法,采用局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)两种方法计算了TATB晶体在高压(0~7 GPa)压缩下的结构和物理性质,并与实验数据进行了比较.详细讨论了TATB晶体的晶体结构和分子构型随压力的变化.     

六硝基六氮杂异伍兹烷结构和性质的理论研究

用abinitio和DFT方法,分别在HF/6-31G^*和B3LYP/6-31G^*水平下全优化计算了高能量密度材料六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)的α(γ),β和ε型构象的分子几何构型、电子结构、IR谱和298～1000K温度下的热力学性质,细致分析比较了两种方法和相关的实验结果。理论计算几何参数与实验值相一致。分子中N—N键较长,N—N键Mulliken集居数较小,预示该键为热解和起爆的引发键。所得的IR谱形符合实验、指纹区频率与实验的平均绝对差值小于45cm^-1。由前线MO能级及其差值预示的热力学稳定性次序[ε＞α(γ)＞β]与实验排序相吻合。     

Physical properties of hexagonal WN_2 under pressure

A first-principles study on the mechanical stability, elastic and thermodynamic properties of WN₂ with P63/mmc and P-6m2 phases are reported using the pseudo potential plane wave method within the generalized gradient approximation. The calculated equilibrium parameters are in good agreement with the available theoretical data. A complete elastic tensor and crystal anisotropies of the ultra-incompressible WN₂ are determined in the wide pressure range. By the elastic stability criteria, it is predicted that P6₃/mmc and P-6m2 phases in WN₂ are not stable above 175.1 GPa and 170.1 GPa, respectively. Finally, by using the quasiharmonic Debye model, the isothermal and adiabatic bulk modulus, and the heat capacity of WN₂ are also successfully obtained.     

固态氩弹性性质的量子力学从头计算

本文从量子力学第一性原理出发,用平面波赝势 (PWP)结合广义梯度近似(GGA)密度泛函理论方法,计算了零温下固态氩晶体0～82 GPa压力范围内的弹性性质,体系电子-离子相互作用采用硬赝势描述.计算结果与静高压实验数据良好相符,通过计算表明采取合理的方法和计算参数,惰性气体固态晶体高压下的力学性质可以比较准确地计算出来,这可为实验上难于进行研究的物质提供有意义的参考.     

First-Principles Study of Orthorhombic Perovskites MgSiO3 up to 120 GPa and Its Geophysical Implications

High-pressure behaviour of orthorhombic MgSiO3 perovskite crystal is simulated by using the density functional theory and plane-wave pseudopotentials approach up to 120 GPa pressure at zero temperature. The lattice constants and mass density of the MgSiO3 crystal as functions of pressure are computed, and the corresponding bulk modulus and bulk velocity are evaluated. Our theoretical results agree well with the high-pressure experimental data. A thermodynamic method is introduced to correct the temperature effect on the O-K first-principles results of bulk wave velocity, bulk modulus and mass density in lower mantle PIT range. Taking into account the temperature corrections, the corrected mass density, bulk modulus and bulk wave velocity of MgSiO3-perovskite are estimated from the first-principles results to be 2%, 4%, and 1% lower than the preliminary reference Earth model （PREM） profile, respectively, supporting the possibility of a pure perovskite lower mantle model.     

MgSiO_3钙钛矿高温高压特性的第一性原理研究

本文采用第一性原理方法,计算了MgSiO_3钙钛矿在零温和0～150 GPa静水压范围内的晶体结构和弹性模量,并利用准简谐近似Debye模型,拟合三阶Birch-Murnaghan物态方程得到了其高温高压下的热力学性质.通过与现有的理论和实验的结果数据比较,确认在0～2000 K的温度区间内,第一性原理计算结合Debye模型能够较可靠地模拟在下地幔压力范围内MgSiO_3钙钛矿的热力学性质.