二维MXene材料CrVCF_(2)的电子性质和磁性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了—F官能团对Janus型MXene二维材料CrVC的结构、电子性质和磁性的影响。计算结果表明,—F官能团改变了CrVC的电子性质和磁性,CrVCF_(2)的9种可能结构的基态是铁磁态,其中CrVCF_(2)-33结构的能量最低,是最为稳定的基态结构,其磁矩为5.01μ_(B),带隙为0.099 eV,具有半导体特性。在施加-4%~+4%的双轴拉伸与压缩应变时,CrVCF_(2)-33的总磁矩保持不变;能量随着压缩或拉伸应变的增大而变大,但变化的幅度低于0.2 eV;带隙在应变的作用下会发生改变,当拉伸应变为2.4%时,带隙减小到0.005 eV,接近于零,可看作是自旋零带隙半导体。由此可知,适度的应变可调节CrVCF_(2)材料的电子能带结构,甚至可形成自旋零带隙半导体,这在自旋电子学领域具有潜在的应用价值。

SiP化合物结构和电子特性的第一性原理研究

应用第一性原理方法研究了SiP化合物的结构和电子特性,并且将研究推广到其他第四族元素磷化物(IV-P).在研究的各种结构中,SiP单斜晶体结构是能量最低、最稳定的结构.SiP的体弹性模量比CN和CP化合物以及相对应的第三族元素氮化物和磷化物要小.SiP不同的结构间能发生相变,其单斜晶体结构(monoclinic)在压强为6.2 GPa,15.0 GPa,19.3 GPa,20.0 GPa和10.3 GPa时分别转变成GeP型结构、Rhom.型结构、β-InS型结构、CsCl型结构和NaCl型结构.能带计算结果显示SiP单斜晶体结构(monoclinic)和GaSe型结构是间接带隙分别为1.123 eV和0.123 eV的半导体,SiP其他结构则显示出金属特性.其他化学比为1:1的第四族元素磷化物(IV-P)具有相同的性质.

钛源修饰P25浆料用于染料敏化太阳能电池

介绍了一种制备浆料的简单方法,并且可以用于批量生产TiO2浆料.以商业化的P25纳米粉为原料,用乙二醇和柠檬酸作为分散剂,在浆料中分别添加了钛酸四丁酯、四氯化钛和异丙醇钛,用涂敷法制备了4种TiO2薄膜光电极,并组装成染料敏化太阳能电池(DSSC),在模拟太阳光照射下进行测试.测试结果表明,开路电压(Voc),填充因子(FF)和转换效率都提高了.DSSC性能的改善源于提高了TiO2薄膜电子传输速率.通过分析得出结论是:在浆料中添加钛源,改善了TiO2膜内颗粒之间的连接性,扩宽了电子通路,缩短了电子的传输距离,抑制了TiO2薄膜中电子的复合,从而提高了染料敏化太阳能电池(DSSC)的效率.

最小二乘法在普通物理实验中的应用

用最小二乘法来处理普通物理实验数据和拟合曲线,此项工作涉及到大量的计算,若以手工计算会更加烦琐,但如果借助计算机编程计算,则处理的速度就会大大地加快,使得问题简单化.

半离散MKdV方程的孤子解

半离散MKdV方程可以通过Backlund变换Toda非线性晶格动力学方程得到，Kwok W．Chow已得到其零边界的孤子解。为简化繁琐的手工计算，文章采用实指数方法并借助Mathematica符号计算软件编程求解，不仅得到已有的零边界的孤子解，而且还得到新的非零边界孤子解。

用矩阵方法处理3自由度系统的微振动

以分析动力学为基础,讨论3自由度系统在其平衡位置附近的微振动.用矩阵进行坐标变换,使系统变为3个去耦的单自由度振动问题.应用矩阵方法进行计算,随着系统自由度数的增加,计算工作量很大,为此必须借助计算机进行计算,得出系统的简正频率、简正坐标及耦和振动曲线图.利用矩阵进行坐标变换使系统去耦,它为研究多自由度的受迫振动提供了有效而方便的方法.

Toda非线性晶格动力学方程孤波解的实指数方法研究

用实指数方法求解Toda非线性晶格动力学方程,不仅得到已有的孤波解而且还得到了新解。

染料敏化太阳能电池掺杂光阳极的研究进展

文章介绍了染料敏化太阳能电池(DSSCs)的工作原理和过渡金属、非金属及稀土掺杂TiO_2光阳极的研究进展.重点分析了过渡金属、非金属和稀土掺杂的TiO_2光阳极对电子传输、界面电子的复合、染料的吸附量、能带结构以及DSSCs光性能的影响.

第一性原理研究CO_2MnSi和CO_2MnGe半金属与磁性的稳定性(英文)

基于广义梯度近似密度泛函和全势能线性缀加平面波方法,对Co_2MnSi和Co_2MnGe在晶格常数发生变化的情况下进行电子结构和磁矩的自旋极化计算,得到了它们的自旋态密度分布以及总磁矩和各原子磁矩.计算结果的分析表明:(1)Co_2MnSi和Co_2MnGe具有半金属性质;(2)晶格常数的改变分别为-5%～4%和-6%～1%时,Co_2MnSi和Co_2MnGe仍保持稳定的半金属质性;(3)Co_2MnSi和Co_2MnGe的总磁矩为5.00μ_B/formula.总磁矩主要来源于Mn和Co的原子磁矩,Si和Ge的原子磁矩对总磁矩的贡献极小而且为负值.(4)Co_2MnSi和Co_2MnGe的晶格常数变化分别为-6%～6%和-7%～4%时,虽然各原子磁矩都发生了变化,但是它们总磁矩稳定于5.00μ_B/formula.

第一性原理研究half-Heusler合金VLiBi和CrLiBi的半金属铁磁性

构建只含有一种过渡金属元素的half-Heusler合金VLiBi和CrLiBi.采用第一性原理的全势能线性缀加平面波方法计算half-Heusler合金VLiBi和CrLiBi的电子结构.计算结果表明, VLiBi和CrLiBi是半金属性铁磁体,它们的半金属隙分别是0.25 eV和0.46 eV,晶胞总磁矩分别为3.00μB和4.00μB.磁性计算结果显示,晶胞总磁矩主要来源于V和Cr的原子磁矩, Li和Bi的原子磁矩较弱,而且Bi的原子磁矩为负值.利用平均场近似方法计算合金的居里温度TC, VLiBi和CrLiBi的居里温度(TC)的估算值分别为1401 K和1551 K.使晶格常数在±10%的范围内变化,分别计算VLiBi和CrLiBi的电子结构.计算研究表明,晶格常数在-5.6%—10%和-6.9%—10%的范围内变化时VLiBi和CrLiBi仍具有半金属性,并且晶胞总磁矩稳定于3.00μB和4.00μB.采用局域密度近似(LDA)+U (电子库仑相互作用项)的方法计算VLiBi和CrLiBi的电子结构,当U的取值增大到5 eV时VLiBi和CrLiBi仍保持半金属性.此外,采用考虑自旋-轨道耦合(spin-orbit coupling, SOC)效应的广义梯度近似(GGA)+SOC方法计算VLiBi和CrLiBi的电子结构,计算结果显示有微弱的自旋向下能带穿过费米能级,此时VLiBi和CrLiBi在费米面处的自旋极化率分别为98.8%和94.3%,它们的晶胞总磁矩分别为3.03μB和4.04μB. VLiBi的半金属性几乎不受SOC效应的影响,而CrLiBi在费米面处仍有较高的自旋极化率.

半离散KdV非线性方程的非零边界孤子解

为简化繁琐的、用实指数方法计算半离散KdV非线性演化方程的手工求解过程,文章采用Mathematica符号计算软件编程来求解半离散KdV非线性方程,用这种方法求解不仅得到已有的零边界的孤子解,而且还得到非零边界的孤子解.

掺氮金刚石电极性能及其氧化降解硝基苯研究

采用热阴极直流辉光等离子体化学气相沉积法制备亚微米晶氮掺杂金刚石膜(NDD),采用SEM分析样品的表面形貌,分别用Hall测试和循环伏安法测试氮掺杂金刚石电极的电学和电化学性能。实验结果表明,当氮气流量低于30 sccm时,膜的电导率随氮气流量的增大略有提高;氮气流量继续增大则电导率迅速下降,电导率最大为5.091 S/cm。氮掺杂金刚石电极具有较好的伏安性能,在酸性、中性和碱性介质中均具有较宽的电位窗口和较低的背景电流。以硝基苯为目标污染物测试NDD材料作为阳极氧化降解的电催化性能。在0.1 mol/L Na2SO4溶液的支持电解质中,以氮掺杂金刚石为阳极降解0.5 mmol/L的硝基苯,反应时间300 min,硝基苯的降解率达到94%,化学需氧量(COD)去除率约68%。

第一性原理研究闪锌矿结构MnSb和MnBi半金属性和磁性的稳定性

采用基于第一性原理的全势能线性缀加平面波方法对闪锌矿结构MnSb和MnBi的电子结构进行自旋极化计算.闪锌矿结构MnSb和MnBi处于晶格平衡时都是半金属性的,并且它们自旋向下电子能带带隙分别是1.32 eV和1.27 eV.闪锌矿结构MnSb和MnBi的自旋总磁矩都为4.00μ●/formula,总磁矩主要来源于Mn的原子磁矩,Sb和Bi的原子磁矩对总磁矩的贡献很小而且为负值,它们具有明显的铁磁性特征.使晶体晶格在±10%的范围内发生各向同性形变,对闪锌矿结构MnSb和MnBi的电子结构进行计算.计算结果表明,当晶格各向同性形变分别为-1%～10%和-4%～10%时,闪锌矿结构MnSb和MnBi仍然保持半金属铁磁性,并且总磁矩都稳定于4.00μ●/formula.

密度泛函理论研究闪锌矿结构CrTe和VTe半金属铁磁性的稳定性

采用基于密度泛函理论的全势能线性缀加平面波方法对闪锌矿结构CrTe和VTe的电子结构进行自旋极化计算.闪锌矿相CrTe和VTe处于平衡晶格常数时都是半金属性的,它们自旋向下子能带的带隙分别是2.82 eV和2.70 eV,半金属隙分别是0.89 eV和0.33 eV.使晶体相对于平衡晶格在士10%的范围内发生各向同性形变,对闪锌矿相CrTe和VTe的电子结构进行计算,计算结果表明相对于平衡晶格的各向同性形变分别为-6%～10%和-3%～10%时它们仍然具有半金属性质;与此同时,在以上相同的形变范围内闪锌矿相CrTe和VTe的总磁矩分别稳定于4.00μB/formula和3.00 μB/formula.在晶体相对于平衡晶格发生各向同性形变分别为—6%～10%和—3%～10%时,闪锌矿相CrTe和VTe能保持半金属铁磁性.

电子关联对聚乙炔中激子类型的影响

在SSH哈密顿基础上引进弱电子关联,对反式聚乙炔链中光致激子的产生和演化过程实施分子动力学模拟.弱关联强度参数U取值0～1.250 eV,V=U/2取值0～0.625 eV.计算结果表明,关联强度的大小影响链中元激发类型,U<0.555 eV时产生的元激发为孤子-反孤子对,U>0.555 eV时产生的元激发为正负荷电极化子对.为进一步讨论该类型一维系统中不同类型激子的产生、输运、衰减等动态过程,关联强度参数U的选择提供参考.

聚乙炔中双激子和两个单激子的稳态性质

在Su-Schrieffer-Heeger(SSH)模型基础上,计入长程电子关联的影响,研究聚乙炔分子链中双激子态与2个单激子态的稳态性质,比较不同关联强度下激子的晶格位形、能级、电荷密度波、自旋密度波以及吸收谱线。结果表明:零电子关联下分子链中的2个单激子不能稳定存在;激子半径均随着关联强度的增加而减小;与双激子的2个能级精细结构相比,2个单激子的能隙出现4个精细结构;2类激子的电荷密度波、自旋密度波与吸收谱线均随关联强度变化,并呈现显著区别。以上结果为区分分子链中2类激子的行为提供了依据,结果显示在激子行为中必须考虑电子与其的关联性。

第一性原理研究semi-Heusler合金CoCrTe和CoCrSb的半金属性和磁性

采用第一性原理的全势能线性缀加平面波方法,对semi-Heusler合金CoCrTe和CoCrSb的电子结构进行自旋极化计算.CoCrTe和CoCrSb处于平衡晶格常数时是半金属性铁磁体,其半金属隙分别为0.28和0.22 eV,晶胞总磁矩为3.00μB和2.00μB.CoCrTe和CoCrSb的晶胞总磁矩主要来自于Cr原子磁矩.Co,Te和Sb的原子磁矩较小,它们的磁矩方向与Cr原子的磁矩方向相反.使晶格常数在±13%的范围内变化(相对于平衡晶格常数),并计算CoCrTe和CoCrSb的电子结构.计算研究表明,CoCrTe和CoCrSb的晶格常数变化分别在-11.4%—9.0%和-11.2%—2.0%时仍具有半金属性,并且它们晶胞总磁矩稳定于3.00μB和2.00μB.

晶格均匀体形变对闪锌矿结构CaC和SrC半金属性和磁性的影响

采用基于第一性原理的全势能线性缀加平面波方法计算闪锌矿结构CaC和SrC的电子结构.计算结果表明,锌矿结构CaC和SrC是自旋向上电子为非金属性的半金属,其半金属隙分别为0.83 eV和0.81 eV.磁性的计算分析表明,CaC和SrC的晶胞总磁矩都为2.00μ_(B),C的原子磁矩较强,Ca和Sr的原子磁矩较弱.使晶格均匀体形变△a/a_(0)限于±15%,在此范围内计算CaC和SrC的电子结构.计算研究表明,当闪锌矿结构CaC和SrC的晶格常数分别为0.490 nm—0.661 nm和0.539 nm—0.707 nm时,它们的半金属性不变,晶胞总磁矩仍然为2.00μ_(B).

电子关联对聚乙炔中双激子湮灭过程的影响

在SSH哈密顿基础上引进弱电子关联,对反式聚乙炔链中双激子的湮灭过程实施了分子动力学模拟.电子关联的引入延缓了链中激子的湮灭过程,关联强度U=0eV时,激子的湮灭时间约在t=84fs,计入四个近邻格点上的弱电子关联作用,湮灭时间明显减慢,约为t>100fs.随着弱关联强度的增加,湮灭时间逐渐延长.计算结果表明,在计算有机材料激子快速响应过程中计入电子关联是十分必要的.

三氧化钼纳米带电致变色过程中的缺陷变化研究

采用热蒸发法在氧化铟锡玻璃上制备三氧化钼(MoO3)纳米带薄膜。通过扫描电镜、X射线衍射、红外光谱分析了纳米带的表面形貌及结构,通过紫外-可见-近红外光谱以及光致发光谱分析了电致变色前后纳米带光学性能以及缺陷分布情况。结果表明:纳米带的光学带隙为3.36eV,变色前纳米带内部就存在着部分由晶格畸变和氧空位产生的+5价Mo离子;变色后,注入的Li+和e-使材料内部的[MoO6]八面体发生新的畸变,产生新的Mo5+。电子在+6价和+5价的Mo离子间发生迁移而导致着色。