δ-(Zn,Cr)S(111)表面上的Dzyaloshinsky-Moriya作用:第一性原理计算

根据密度泛函理论的第一性原理计算了具有非中心反演对称的异质结δ-(Zn,Cr)S(111)体系的原子结构和电子结构.Cr原子之间通过第一层S原子传递磁性相互作用.结合广义布洛赫条件,又进一步计算了反方向的自旋螺旋能量与波矢的色散关系E(q)与E(-q).E(q)与E(-q)能量之差反映了δ-(Zn,Cr)S(111)的S层与Cr层之间空间反演对称性破缺引起的DMI的大小.通过海森伯相互作用(HBI)模型与Dzyaloshinsky-Moriya作用(DMI)模型拟合第一性原理计算值,得到了Cr原子间各近邻的HBI参数J_1-J_4与DMI参数d-_1,d_2.在δ-(Zn,Cr)S(111)中,Cr原子间的耦合为M型反铁磁.DMI参数d_1为-0.53 meV,为顺时针手性DMI,在δ-(Zn,Cr)S(111)界面上有可能会产生斯格明子.本文计算表明,磁性和非磁性半导体界面有可能存在DMI,为理论研究和磁存储技术的进步开拓一个新的方向.     

基于第一性原理的新型非线性光学晶体探索

非线性光学晶体能对常见波段的激光进行频率转换,从而获得宽波段、可调谐的激光光源.此类光电功能材料在军事和民用领域具有重要的战略价值和应用价值.经过30多年的发展,应用于可见光及邻近波段的非线性光学晶体技术已经基本成熟,但深紫外和中远红外波段的非线性光学晶体技术的发展仍存在诸多不足,还需要在这些波段进行新型优质的非线性光学晶体探索.近年来,为了改变传统低效的"炒菜式"实验探索,加快新材料研发速度,基于密度泛函理论的第一性原理计算方法在新型非线性光学晶体探索中得到了广泛的应用.本文总结了近几年深紫外和中红外波段非线性光学晶体的新进展,通过介绍几种新型非线性光学晶体材料的研发过程,突出了第一性原理计算在新材料探索过程中起到的关键作用;探讨了非线性光学晶体研发的研究难点与趋势,以及第一性原理方法在未来新材料探索中的重点攻关方向.     

H,Cl和F原子钝化Cu_2ZnSnS_4(112)表面态的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统研究了Cu_2ZnSnS_4体相的晶格结构、能带、态密度及表面重构与H,Cl和F原子在Cu_2ZnSnS_4(112)表面上的吸附和钝化机理.计算结果表明:表面重构出现在以金属原子Cu-Zn-Sn终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面上,并且表面重构使表面发生自钝化;当单个H,Cl或F原子吸附在S原子终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面上时,相比于桥位(bridge)、六方密排(hcp)位和面心立方(fcc)位点,三种原子均在特定的顶位(top)吸附位点表现出最佳稳定性.当覆盖度为0.5 ML时,无论H,Cl还是F原子占据Cu_2ZnSnS_4(112)表面的2个顶位均具有最低的吸附能.以S原子终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面在费米能级附近的电子态主要由价带顶部Cu-3d轨道和S-3p轨道电子贡献,此即表面态.当H,Cl或F原子在表面的覆盖度达0.5 ML时,费米能级附近的表面态降低,其中H原子钝化表面态的效果最佳,Cl原子的效果次之,F原子的效果最差.表面态降低的主要原因在于吸附原子从S原子获得电子致使表面Cu原子和S原子在费米能级处的态密度峰几乎完全消失.     

压力下超导RbBSi化合物的预测（英文）

对RbBSi化合物在0～100 GPa压力范围内进行了广泛的群体智能结构搜索。提出了RbBSi的3种不同相,并通过第一性原理计算了其稳定性、电子结构和潜在的超导电性。在所研究的压力范围内,所有预测相在热力学和动力学上都是稳定的。3个相的能带都穿过费米能级,表明结构具备金属性。此外,P4/nmm-RbBSi在常压下的超导转变温度为14.4 K。这项工作加深了人们对碱金属硼硅化合物在超导体领域的理解,有望拓宽碱金属硼硅化合物在超导体领域的应用。     

加捻纤维复合材料三维残余应力分析

本文提供一种对于含有加捻纤维束的复合材料由于固化而产生的热残余应力的分析研究.纤维束中的纤维经过加捻产生了一种螺旋形状,这种形状所产生的三维热弹性力学问题可以利用能量法获得解答.这个问题的热残余应力场可以表示为纤维、基体材料的性质以及纤维束几何参数的函数.纤维/基体界面上的残余应力(包括环向和径向的应力)都可以从这些分析中得到.本文分析的结果表明:加捻纤维束构成的复合材料,由于纤维的适当加捻,可以减弱由于纤维与基体各具不同的热膨胀系数而产生的热固化残余应力.     

弹性地基上转动FGM梁自由振动的DTM分析

基于Euler-Bernoulli梁理论,利用广义Hamilton原理推导得到弹性地基上转动功能梯度材料(FGM)梁横向自由振动的运动控制微分方程并进行无量纲化,采用微分变换法(DTM)对无量纲控制微分方程及其边界条件进行变换,计算了弹性地基上转动FGM梁在夹紧-夹紧、夹紧-简支和夹紧-自由三种边界条件下横向自由振动的无量纲固有频率,再将控制微分方程退化到无转动和地基时的FGM梁,计算其不同梯度指数时第一阶无量纲固有频率值,并和已有文献的FEM和Lagrange乘子法计算结果进行比较,数值完全吻合。计算结果表明,三种边界条件下FGM梁的无量纲固有频率随无量纲转速和无量纲弹性地基模量的增大而增大;在一定无量纲转速和无量纲弹性地基模量下,FGM梁的无量纲固有频率随着FGM梯度指数的增大而减小;但在夹紧-简支和夹紧-自由边界条件下,一阶无量纲固有频率几乎不变。     

基于原理实例检索的可变功能产品功能升级再设计

针对可变功能产品随市场变化导致其功能和性能存在不足之处的情况, 提出了用于该类产品功能升级再设计的“原理实例检索法”. 首先, 归纳总结出功能升级的4种基本类型, 依据总结出的功能升级类型, 从功能需求的角度出发, 提出了一个功能升级辅助再设计软件原型系统, 用以进行原理实例的检索. 若检索结果无相关原理或实例支持功能升级, 则对升级功能进行TRIZ(发明问题解决理论)工程参数转化, 通过构建冲突矩阵获得创新原理解. 以电动工具为例, 建立的功能升级辅助再设计系统搜集了用于实现电动工具常见功能的基本原理和实例, 并利用Access数据库和Visual Basic 6.0对设计信息进行存储和原型系统构建. 其次, 对升级功能结构和原共享结构间的匹配情况进行分析, 得出结构匹配可能出现的5类基本情况. 最后, 以电钻“打磨固体”升级功能设计为实例, 利用上述功能升级再设计方法, 设计出了磨砺性能良好的“去锈打磨盘”, 验证了所提出的可变功能产品功能升级再设计方法的可行性.     

基于二维铁电体PVDF的电控磁性研究

基于第一性原理计算,引入色散修正方法(DFT-D2),通过PVDF铁电极矩调控了铁磁层的磁矩和磁晶各向异性能.特别地,通过电荷注入方法,证实电控磁性源自铁电极矩的静电屏蔽而非化学成键.该研究将促进电场控制的磁存储技术的发展.     

稀土元素与In共掺对SnO2导电性能影响的第一性原理研究

AgSnO2触头材料中的SnO2近乎绝缘,为了提高触头材料的电性能提出了稀土材料La、Ce、Y和In共掺杂的方法.采用基于密度泛函的第一性原理对SnO2以及单掺杂稀土元素的SnO2和共掺稀土元素和In的SnO2晶胞进行能带和态密度的计算.结果表明:掺杂后的材料仍旧是直接带隙半导体材料,都具有热稳定性,共掺杂可以进一步使得导带底、价带顶向费米能级附近移动,进而窄化带隙;共掺杂比单掺的电子有效质量小,电导率大,其中Y和In共掺杂的导电性最好.共掺杂比单掺稀土元素更能提高AgSnO2触头材料的导电性,为触头材料的发展提供了理论依据.     

O、Se和Te掺杂对单层MoS2电子能带结构和光学性质的影响

利用密度泛函理论第一性原理,计算了本征单层MoS2以及O、Se和Te掺杂单层MoS2的结构参数、能带结构、氧化还原电势、态密度、光吸收特性和光催化潜力.结果表明,本征和掺杂单层MoS2的晶胞参数、键长随原子半径的增大而增大,键角随原子半径的增大而减小.掺杂后禁带宽度变小,导电性增强.本征和掺杂的单层MoS2的导带底电位负于水解制氢反应的还原势,其价带顶电位正于水解制氢反应的氧化势,均具有光催化水解制氢的潜力.但是,本征和O掺杂,由于价带顶与导带底电位相应于水的氧化还原势和电子空穴需求量均存在不平衡,使其光解水性能不理想.然而,Se和Te掺杂可以平衡其还原与氧化能力,改善单层MoS2的光催化的性能,其中Se掺杂改善效果最为明显.同时,掺杂后的单层MoS2对可见光吸收效率增强.此研究有助于筛选合适的单层MoS2掺杂元素,提高单层MoS2材料的光催化水解制氢性能.