平面团簇稳定结构的蒙特卡罗树搜索

以平面团簇为例提出了一种结合结构识别和蒙特卡罗树技术搜索稳定结构的新方法.体系原子之间的相互作用由两类模型势能函数来描述:Lennard-Jones二体势函数与基于Lennard-Jones势的三体势函数.考虑可能的三角晶格碎片作为候选结构,引入编号策略对结构进行快速识别,并运用蒙特卡罗树搜索研究稳定结构随着原子数增大的演化过程;对于能量较低的候选结构,进一步采取局域优化来获得对应体系的稳定结构.计算表明,Lennard-Jones二体势函数对应的三角晶格团簇更稳定;在特定的参数下,三体势函数对应的六角晶格团簇更稳定.结合结构识别和蒙特卡罗树搜索可以对候选结构空间进行高效扫描,在较短时间内更容易搜索到稳定的团簇结构,并可以与第一原理计算结合实现材料的结构预测.     

ScxY1–xFe2合金固溶和V2xFe(2(1–x))Zr有序-无序转变的理论预测

合金化是增加材料结构和性能多样性的重要手段.本文先从考虑最近邻相互作用的Ising模型出发,通过铁磁耦合研究二元合金的低温相分离、高温固溶体系,通过反铁磁耦合研究低温有序固溶、高温无序体系.以储氢合金中的Laves相V_2xFe₍2(1–x))Zr和Sc_xY_1–xFe₂材料为例,采用基于结构识别的高通量第一原理计算,考虑结构简并度对配分函数的贡献,可以对合金材料进行有限温度下的理论预测.先通过第一原理计算得到基态(零温下)形成能,形成能大于零的体系Sc_xY_1–xFe₂在低温下相分离,根据自由能符号确定合金固溶的临界温度;形成能小于零的体系V_2xFe₍2(1–x))Zr在低温下倾向于形成有序相,根据比热的计算可以确定体系出现有序-无序转变的临界温度.其中,高通量第一原理计算和对应的结构简并度统计可以通过我们课题组发布的程序SAGAR (structures of alloy...     

二维硼结构中条带状空位长程有序分布的理论研究

在二维硼结构中,有序分布的高浓度空位可以增强其结构的稳定性,并对材料性能产生显著影响.根据最近的实验进展,本文重点关注二维硼结构中空位呈条带状分布的体系,提出有效模型系统研究结构稳定性随空位分布的变化.结合第一性原理计算结果,对空位不同近邻作用参数进行拟合,预测了不同空位浓度的稳定结构,发现在该体系中空位不同近邻存在竞争,导致长周期分布的趋势,揭示了不同近邻作用的相互竞争导致长周期结构稳定存在的关键机制.