基于数值原子轨道基组的第一性原理计算软件ABACUS

随着超级计算机硬件和数值算法迅速发展, 使得目前利用密度泛函理论研究上千个原子体系的电子能带和结构等性质变得可行. 数值原子轨道基组由于其基组较小和局域等特性, 可以很好地与电子结构计算中的线性标度算法等的新算法结合, 用来研究较大尺寸的物理体系. 本文详细介绍了一款中国科学技术大学量子信息重点 实验室自主开发的基于数值原子轨道基组的第一性原理计算软件 Atomic-orbital Based Ab-initio Computation at UStc. 大量的测试结果表明: 该软件具有很好的准确性和较高的并行效率, 可以用于包含1000个原子左右的系统的电子结构和原子结构的研究以及分子动力学模拟计算.     

Ho-Lee利率模型下多种风险资产的动态投资组合

假设无风险利率可由Ho-Lee利率模型描述,且与股票动态存在一般线性相关系数,应用最优性原理和HJB方程研究了市场存在多种风险资产情形的动态资产分配问题,通过变量替换方法得到了幂效用和指数效用下最优投资策略的显示解,数值算例分析了利率参数和市场参数对最优投资策略的影响趋势。研究结果发现:两种效用下的最优策略均由两部分所构成,一部分由市场参数所确定,另一部分由利率参数所确定。而且,幂效用下的最优投资策略与瞬时利率无关,而指数效用下的最优投资策略与瞬时利率相关。     

基于特征值分析的正癸烷骨架和总包简化机理

使用基于特征值分析的骨架简化方法对由118 个组分和527 个反应构成的正癸烷详细机理进行了简化,获得了一个由70 个组分、327 个基元反应组成的骨架机理; 采用基于特征值分析的计算奇异摄动(CSP)简化方法对骨架机理进行进一步简化,得到一个38 组分、34 步的总包简化机理. 通过对简化机理、骨架机理和详细机理的对比发现,简化机理和骨架机理能够很好地再现详细机理的特性,并能够描述正癸烷的主要燃烧特性,为进一步实现耦合化学反应动力学与流体力学的工程计算,提高计算效率提供了可用的燃烧模型.     

铝合金表面电偶腐蚀与电子功函数的关系

铝合金中经常会引入一些第二相来改善其性能,第二相由于和铝基体的电位差不同,将会对铝合金的局部腐蚀产生重大的影响.为了揭示铝合金腐蚀的物理本质,本文利用基于密度泛函理论第一性原理的计算方法,详细计算了铝合金中一些主要第二相(Al_2Cu、Al_3Ti和Al_7Cu_2Fe)的多种晶面的电子功函数,分析了电子从各个晶面逸出的难易,求得了第二相与Al基体的本征电势差,我们发现不同的晶面暴露在合金最外层,会显著地影响本征电势差;即便是同一晶面,暴露在最外层的原子种类和构型不同,对腐蚀的影响也不一样.从电子的层面解释了电偶腐蚀发生的原因.     

Opening Band Gap of Graphene by Chemical Doping: a First Principles Study

Single atom chemically doped graphene has been theoretically studied by density functional theory. The largest band gap, 0.62 eV, appears in arsenic atom doped graphene, then 0.60 eV comes by the tin atom, whose deformations can neither be ignored. It is also found that oxygen and iron single atom embedded graphene can open band gap by 0.52 and 0.54 eV, respectively. Moreover, doping O atom shows little distortion and high stability by charge redistribution. The band gap of Fe doped graphene is opened by orbital hybridization. The other heteroatom doped results are a little inferior to them.     

焊接管结构的非线性推覆简化模型

有限元分析方法中,采用三维实体单元对焊接管结构进行离散是最为精确的建模方法,但对三维实体模型分析时会划分大量单元,导致计算时间冗长。工程中常把焊接管结构简化为刚架模型,即刚性连接的杆系系统。这种建模方式忽略了节点的局部柔度,过高地估计了整体结构的刚度,使计算结果偏于危险。为解决上述问题,在节点处引入虚拟梁单元,使其等效模拟节点的局部变形,还原支管真实长度。为了验证节点柔度对焊接管结构的影响,对典型的焊接管结构缩尺,进行了推覆试验。分别采用壳单元模型、刚架模型及引入虚拟梁单元的简化模型进行有限元模拟,并与试验结果对比分析。结果表明,刚架模型会过高的估计焊接管结构的刚度,而简化模型计算结果与壳模型、试验结果较为吻合。     

掺杂对2H-MoTe2光电特性影响的第一性原理研究

MoTe₂是一种非空间反演对称性半导体,由线性偏振光照射,在无偏压条件下可以直接产生光电流,但是非常微弱.掺杂可以改变电子能带结构和降低空间反演对称性,从而有效的增强光电流.本文基于非平衡格林函数-密度泛函理论,采用第一性原理,计算了本征、Nb掺杂、Ti掺杂和W掺杂2H-MoTe₂的能带结构、透射谱和光电流.能带结构表明：Nb掺杂使半导体2H-MoTe₂能带穿越费米能级,转变为金属特性;Ti和W掺杂减小了2H-MoTe₂的带隙,能带没有穿越费米能级,依然为半导体.掺杂都降低2H-MoTe₂的反演对称对称性,从本征的D_3h转变为C_s.从而在线偏振光的照射下可以有效的提高2H-MoTe₂的光电流.同时,发现掺杂可以提高单层2H-MoTe₂在低光子能量下的消光比,如Nb和Ti掺杂单层2H-MoTe₂分别在光子能量1.1 eV和1.2 eV处取得39.48和28.48的高消光比...     

偶氮四唑叠氮基甲脒AFZT高压物性的第一性原理计算

偶氮四唑叠氮基甲脒AFZT的爆轰性能表现优异,在高能炸药领域中具有广阔的应用前景.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了AFZT在0～50 GPa压力下的晶体结构、电子性质以及氢键相互作用,并分析了这些性质在压力下的变化规律.在压力的作用下,AFZT晶体在5 GPa下发生了结构转变并伴随着电子结构中带隙值的突变,其带隙先减小后增大再减小,总态密度的峰值随着压力的增加而减小.结构中叠氮甲脒阳离子上的N8-N9与N9-N10键在压力下表现得最稳定,N-H^…N类型的氢键在所有相互作用中占据主导地位.此外,AFZT结构沿不同晶轴压缩的难易程度与此方向上氢键相互作用分布的疏密有关,并且其氢键主要沿xz平面分布而在y轴上分布极少,这导致了它沿y轴方向最易被压缩.     

钨/石墨烯/钨面向等离子体复合材料力学与热学及耐辐照性能衰减的第一性原理计算

通过第一性原理计算研究了钨/石墨烯/钨复合材料相比于纯钨金属在力学与热学性质方面的变化,并用氦原子-空位缔合缺陷模拟核聚变辐照损伤评估等离子体辐照条件下的性能。计算结果表明：钨/石墨烯/钨复合材料的体积弹性模量、杨氏模量与剪切模量呈现一定程度的下降,但是提升了钨基材料的延展性;钨/石墨烯/钨复合材料的热膨胀系数有所增加,但是具有较高的最小热导率。本文阐述了石墨烯界面层可以对基体杂质与缺陷进行吸附的独特机制,通过这种机制,钨/石墨烯/钨复合材料在力学、热膨胀系数以及最小热导率有更低程度的衰减,这显示了钨/石墨烯/钨复合材料在抗辐照性能方面具有较大的应用潜力。     

NO在稀有金属钇表面的吸附行为

以往的理论在预测六方结构(HCP)金属的表面能时,计算值与实验值存在较大误差.鉴于此,本文首先用一种较为合理的方法精准地预测了稀有金属钇(Y)(0001)面的表面能,计算值(1.141 J/M²)与实验值(1.125 J/M²)吻合的很好.随后,系统研究了NO小分子在Y(0001)面不同位置(空位、桥位和端位)的吸附行为.结果表明:空位(H1)表现出了良好的吸附能力,吸附能超过了5eV,同时N-O键长伸长量超过了24%,此时,NO分子几乎平行地吸附于Y(0001)表面.所有的吸附位置的N-O分子伸长量范围为0.2?-0.42?.这种伸长量明显超过了NO在其它金属表面时的计算结果.