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MgB_2、三元硅化物超导体及KMgF_3离子晶体的第一性原理计算

MgB_2超导电性的发现掀起了对简单化合物超导体研究的热潮。人们使用各种现代化的研究手段,对二硼化镁超导体及相关材料的物理性质进行了重点研究。我们从第一性原理出发,应用全势能的线性Muffin-tin轨道能带计算方法(FP-LMTO),对MgB_2从三维(3D)向二维(2D)的跨越、MgB_2薄膜中的量子尺寸效应及与MgB_2具有相同结构的三元硅化物超导体进行了一些研究。此外,本论文还应用量子化学从头计算程序及半经验的扩展离子处理方法对KMgF_3中的本征点缺陷进行计算模拟研究。主要研究内容有:1.应用FP-LMTO方法计算了具有较大晶格常数c的MgB_2及理想2D B的电子能带结构,态密度。采用空球来模拟理想2D硼平面层两边的真空区域。计算结果是随着晶格常数c的增加,层间耦合减弱,Mg转移给B的电子数减少,同时Mg s_σ带也成为部分填充能带。当c提高为原来的4倍时,MgB_2中的B层可看成为理想的2D平面,B的σ带具有较多的  (本文共106页) 本文目录 | 阅读全文>>

复旦大学
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纳米结构及其相变的第一性原理计算研究

第一性原理的分子动力学方法成为计算材料科学中研究原子分子尺度现象的重要工具,本文通过这一方法并结合新发展出的针对有限体系的等压分子动力学研究了碳纳米管及硅团簇在外压下的动力学性质,发现了压强导致的结构相变。对于碳纳米结构储氢,我们提出了一种利用石墨层特殊结构来束缚氢分子形成所谓的三明治结构,发现在一定的压强下氢分子可以稳定的且有序的存存于石墨层间。在团簇结构方面,我们通过第一性的动力学模拟和优化,预测了Au_(32)在零温基态时具有I_h高对称的笼子结构,而在考虑了实际的实验温度时,其稳定结构可能是一类内部有3个金原子对称性较低的类笼子结构,并与实验的光电子谱相符。对于更大Au_(32)表现为一种较为无序的结构,而不是形成金属55团簇常有的I_h密积结构,同时也计算Au_(56-58)的结构,并与金的同族元素银、铜进行了比较。总体来看,金本身由于具有较强的相对论效应,其团簇的结构表现出一种趋向低近邻数的特征,而不像普通金属形成尽...  (本文共113页) 本文目录 | 阅读全文>>

厦门大学
厦门大学

Si(111)-7×7表面Au微观结构及形成机制

Si作为最重要的半导体材料,其表面结构及外延生长一直是人们关注的研究课题。鉴于Au/Si界面在电子器件和表面催化等方面的广泛应用,深入了解其微观结构和特性具有重要的意义。本论文结合超高真空扫描隧道显微镜、第一性原理计算以及动力学蒙特卡罗模拟方法,对Au在Si(111)-7×7表面上的结构性质及其形成机制进行了系统的研究。首先,针对Au原子在Si(111)-7×7表面的吸附形态,我们采用扫描隧道显微镜进行观测,结果显示室温下快速扩散的Au原子在78K低温下表现为7×7半单胞内的单个亮点。我们采用第一性原理计算方法,比较分析了不同吸附模型的能量稳定性和电子结构,并进行STM图像模拟,确定了Au原子在7×7表面的稳定吸附位置为顶戴原子附近的高配位。此外,通过测量吸附位置上的扫描隧道谱,并结合局域态密度计算可知,Au原子及其邻近的Si顶戴原子对费米能级两侧态密度的贡献显著不同,造成了吸附表面在正负偏压下STM图像的差异。对表面Au团簇结...  (本文共112页) 本文目录 | 阅读全文>>

南京大学
南京大学

金属硫族化合物的高压相变及电子结构的第一性原理研究

过渡金属二硫族化合物是一类新型的准二维材料,这类材料具有可调制的电学、光学性质、良好的化学稳定性和机械柔韧性等特点,因而在二维电子器件、储能材料、催化剂等领域具有广阔的应用前景。另一方面,高压技术是调制材料的晶体结构与电子态的有效手段,被广泛应用于凝聚态物理领域。在本论文中,我们以三种典型的层状金属硫族化合物为例,基于密度泛函理论,研究了层状材料在高压下的晶体结构相变与相关电子结构性质。首先,基于第一性原理计算与晶体结构搜索技术,我们预言了 WTe2在高压下的两种热力学稳定结构,晶型为1T'和2H,对应的热力学稳定压力区间分别为5~10 GPa和10~30 GPa。高压同步辐射XRD实验确认了 1T'-WTe2相的存在,对应的相变临界压力约为4 GPa。1T'结构具有空间反演对称性,因此在常压Td相变为1T'相的过程中伴随着一个电子拓扑相变,由Weyl半金属态变为普通半金属态。电声耦合计算表明,WTe2在高压下的超导相变可能与层...  (本文共124页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
中国科学院大学(中国科学院物理研究所)

金属表面几种分子解离与环化机制的第一性原理计算研究

近年来,表面和界面优异的催化特性引起了人们广泛的关注。理解表面和界面催化反应的机制,对设计新型催化剂和优化现有催化剂的性能至关重要。本人使用基于密度泛函理论(Density Function Theory,DFT)的第一性原理计算方法,研究了金属表面/界面氢气解离和卟啉类分子内环化的反应机制,设计了基于金属和低维纳米材料表面的催化剂模型,并提出对其催化性质进行调制的策略。一、设计了一种氢气分子解离的理论模型—量子“胡桃夹子”。组成量子“胡桃夹子”的两个“钳子”分别是过渡金属酞菁分子(Transition-metal phthalocyanine,TMPc)和金属衬底(如Cu(111)或Au(111)),它们分别都不具有氢气解离催化活性。DFT计算表明,当一个氢气分子进入两个“钳子”之间的通道时,通过机械挤压和量子相互作用,使得氢气分子分裂成两个氢原子。理论计算发现,Au基底与TMPc分子的组合具有较低的反应势垒,在室温下就有很好...  (本文共96页) 本文目录 | 阅读全文>>

燕山大学
燕山大学

过渡金属(Cr/Fe/Ru/Os)硼/氮化物结构和性能的第一性原理研究

本文采用第一性原理计算研究过渡金属(Cr/Fe/Ru/Os)硼/氮化物的结构、稳定性、力学性能和电子性能,以期为材料新性能的预测提供理论依据并为新材料的合成提供指导。利用粒子群优化算法并结合第一性原理计算,系统地研究了Cr B4和Fe B4的高压行为。结果表明,尽管在常压下Cr B4与Fe B4具有相同的Pnnm结构,但二者在高压下的结构演化路径却截然不同。Cr B4在196GPa以上采取P2/m结构,在261-294 GPa采取Pm结构,在294 GPa以上采取Pmma结构。与初始结构中褶皱的硼网不同,Cr B4的高压相具有不同结构的平面二维硼网。相对而言,Fe B4在48 GPa以上采取具有四面体B4单元的I41/acd结构,在231 GPa以上采取具有等边三角形B3单元的P213结构。Cr B4的高压相表现出导体特性,而Fe B4的高压相表现出半导体性。力学性能计算表明I41/acd-Fe B4是超硬材料,而Cr B4的高...  (本文共107页) 本文目录 | 阅读全文>>