Fe-Mn晶格反演势的构建与验证

势函数对分子动力学计算的准确性和可靠性具有决定作用,如何获得精确的势函数一直是最受人们关注的问题之一。为了构建Fe-Mn原子间的势函数,利用基于密度泛函理论的第一性原理方法分别计算了BCC-Fe,BCC-Mn及L_(10)-FeMn体系的结合能曲线,而后根据Chen-Mobius晶格反演法得到了FCC-Fe和FCC-Mn的晶格反演势。然后计算出Fe-Fe原子和Mn-Mn原子间按L_(10)结构堆垛的结合能,进而求出Fe-Mn原子间的结合能,再利用Chen-Mobius晶格反演法,获得Fe-Mn原子间的晶格反演势,最后选择Morse势函数进行拟合。利用构建的Fe-Mn势函数进行了L_(10)-FeMn体系结合能计算,与第一性原理计算的结果对比,表明构建的Fe-Mn势函数满足自洽性。最后利用所得势函数进行了弹性模量、杨氏模量计算,与试验数据对比基本吻合,表明势函数具有有效性。

金和银的晶格反演势的构建及应用

如何确定精确的原子间作用势一直是模拟计算的重要基础问题.以面心立方金属金和银为对象,采用第一性原理方法,分别得到金和银的晶格内聚能-原子距离曲线及基态原子能曲线.根据陈-莫比乌斯(Chen-M?bius)晶格反演理论和自编程序,得到了精确的反演对势曲线.对该曲线进行拟合,通过比较不同势函数的拟合结果,提出了双指数型的势函数解析式,并得到具有全局性且高精度的拟合效果.为了验证反演势的有效性,利用反演势结果计算了金和银的声子谱并与Sutton-Chen提出的嵌入原子势和第一性原理计算得到的声子谱做比较.分析表明,反演势能够合理反映原子间的相互作用.最后,利用得到的结果,计算了金和银的热膨胀系数和弹性模量等物理量,计算结果与实验数据基本符合,表明构建的金和银的反演势是准确有效的.

晶格反演的嵌入原子法模型及其应用

讨论一种基于晶格反演的嵌入原子法模型 ,其特点是未知函数的参数化是对原子间对势和单原子电荷密度函数的晶格和 ,而不是对原子间对势和单个原子的电荷密度函数进行的 ,其最大优点在于待定参数可以用物理输入解析地表达出来 ,而不是像大多数埋入原子法模型中那样通过拟合来确定 .给出了它在计算点缺陷 (自间隙杂质和空位原子 )和晶体表面形成能方面的应用 .

晶格反演法构建SiC/Mg界面对势及其验证

通过分析SiC和Mg的晶体结构,构造了SiC与Mg的共格晶面。采用Chen-M9bius晶格反演法对SiC/Mg界面的原子对势进行了反演,分别推导了Si和Mg原子、C和Mg原子间作用势与界面结合能关系的解析表达式。在此基础上,从头计算了SiC/Mg界面的结合能曲线,结合反演公式得到了Si和Mg原子、C和Mg原子的对势函数,并对反演过程的自洽性进行了检验。此外,建立了其他6种不同的SiC/Mg界面构型,通过对比反演对势计算的界面结合能与从头计算的结果,对反演所得对势的可转移性进行了验证。结果表明:从头计算的界面结合能可以由反演对势精确地算出,整个反演过程和结果是自洽的,所得原子对势同样适用于其他界面构型,具有良好的可转移性。本文推导的反演公式同样适用于与SiC/Mg界面结构相似的其他界面原子对势的研究。

基于第一性原理计算的C、Si、Ge的原子间相互作用势及晶格动力学

运用第一原理赝势技术 ,计算了金刚石结构晶体 C、Si、Ge的结合能曲线以及总能随晶格畸变的变化 .根据陈氏三维晶格反演得到了 C- C、Si- Si、Ge- Ge的原子间相互作用对势 ;根据弹性系数的计算结果 ,确定了原子间相互作用的 MSW(m odified Stillinger- Weber)三体势参数 ;晶格动力学的计算结果和实验结果能够较好地符合 .给出了一种基于第一性原理的计算、无参数调节地确定原子间相互作用势的技术路线 。

钯的反演势的构建与研究（英文）

以面心立方金属钯为研究对象,基于第一性原理中的局域密度近似理论(LDA),计算了不同晶格长度下的原子间内聚能并得到其原子内聚能曲线。通过陈-莫比乌斯晶格反演势理论,得到了精确的反演对势曲线。采用不同势函数对该曲线拟合,通过对拟合效果的对比和分析,提出了全局精度较高的双指数型势函数。同时,分别采用第一性原理方法,原子嵌入势(EAM)方法和反演势数据计算了钯的声子谱。比较声子谱曲线发现,曲线的变化趋势是相似的,说明反演势可以合理的反应原子间相互作用。并且反演势方法所需的计算时间明显少于EAM势方法,说明反演势方法在计算量上有明显优势。最后,计算了金属钯的热膨胀系数,弹性模量和格林乃森常数等物理量。计算结果与实验数据基本符合,表明构建的钯的反演势是准确有效的。

铂的反演势的构建与研究（英文）

通过第一性原理计算得到了铂的晶格内聚曲线,而后利用陈式晶格反演方法,得到了反演势曲线。利用提出的双指数函数,拟合得到了精确的铂原子的反演势函数。利用反演势数据、EAM(嵌入式原子法)势理论和第一原理分别计算声子谱,验证了反演势的可靠性。提出了将玻尔兹曼统计方程与晶格粘聚能曲线精确拟合相结合的热膨胀系数计算方法。此外,还计算了室温下的体积模量和格鲁内森常数。结果与实验结果吻合较好,说明计算得到的铂的反演势是有效的、准确的。

金属铑的反演势构建和应用

采用第一性原理方法,计算得到铑的内聚能曲线;基于陈氏晶格反演理论,将内聚能进行反演得到其晶格反演对势曲线;采用本文提出的双指数型势函数对反演对势曲线进行拟合,获得该函数的精确解析式。为了验证该对势函数的有效性,分别采用第一性原理方法、嵌入原子势方法以及反演对势方法,计算铑的声子谱,计算结果表明,反演对势可以有效地反映原子间相互作用。结合玻尔兹曼分布函数及势函数的解析式,利用自编程序计算得到在不同温度下铑的晶格振动平均位移的数值解,同时得到在室温条件下铑的线膨胀系数,体弹性模量和格林乃森常数等物理量,计算结果与实验数据基本符合,说明构建的铑的反演对势是准确有效的。

基于DFT计算的Al_nNi_m(n+m=13,19)团簇的稳态结构

基于密度函数理论(DFT)和Chen-Mbius晶格反演方法计算了Al-Al,Ni-Ni,Al-Ni原子间的相互作用势.根据获得的原子间相互作用势,通过采用最陡下降法和共轭梯度法实现对势能面全局最小点的搜索,获得n+m=13,19的Ni-Al团簇的稳态结构.

基于第一性原理计算Cu_xNi_(19-x)(x<19)混合团簇的结构研究

采用基于第一性原理计算的Chen-Mbius三维晶格反演基础上获得的原子间相互作用势参数,运用最陡下降法和共轭梯度法结合起来的最优化计算Smart方法得到了CuxNi19-x(x<19)二元过渡金属混合团簇的稳态构型,发现Cu-Ni混合团簇中有明显Cu元素偏析现象,即Cu和Ni并没有互相混合形成有序结构,而是分别聚集在一起,所形成的体系对称性很低,呈割据状态。

三种典型结构金属的空位形成与迁移机制

本文应用陈氏晶格反演嵌入原子势(CLI-EAM)分析了面心、体心和六角三种典型结构金属的空位形成与迁移机制。结果表明,对于形成的最稳定双空位结构,面心结构的金属银为最近邻组态,体心结构的金属钼和六角结构的金属钪为最近邻组态或次近邻组态。对于单空位迁移机制,三种结构的金属均为最近邻迁移。对于双空位迁移机制,面心金属银保持最近邻双空位组态;体心金属钼为最近邻和次近邻双空位组态的相互转化;六角金属钪为最近邻和次近邻双空位组态的相互转化,或者是保持其原来的组态。

原子间相互作用势库及其在材料模拟设计中的应用

本实验室经过多年努力,运用以虚拟结构和数论方法为基础的晶格反演理论,通过一系列的第一性原理能带计算,建立起有明显中国特色的、具有一定规模的有效的原子间相互作用势库,成为在原子级尺度上进行材料模拟设计的有力工具。几年来采用了多种第一性原理能带计算方法计算各种材料的结合能曲线,包括LAPW方法、点缀球面波(ASW)方法、正则守恒赝势及超软赝势法等。通过大规模能带计算,得到各种材料详尽的结合能曲线。依据从晶体结合能曲线到原子间对势的陈氏反演定则,得出SC、BCC、FCC、HCP、Ll_2、Ll_0、B_2、DO_3、Diamond、α ZnS、β ZnS、NaCl型等多种晶体结构的反演系数。

镍基超导母体材料EuNi_2Si_2的结构和热力学性质研究

应用Chen-Mbius晶格反演获得的原子间相互作用势,对镍基超导母体材料EuNi2Si2不同空间群的结构进行结构弛豫、切变拉伸、随机扰动和X射线衍射谱的分析.研究表明,空间群号为139结构的EuNi2Si2母体材料能量最低,结构最稳定.另外,还计算了空间群号为139稳定晶格结构的声子态密度和热力学性质.计算结果表明:对于声子态密度,原子质量较大的稀土元素Eu在低频范围内贡献最大,随着频率的升高,原子质量较小的元素Si的贡献越来越突出;对于比热容和振动熵,在低温区元素Eu和Ni的贡献较大,随着温度的升高,元素Si的贡献越来越突出.

获取复杂材料原子间作用势的新方法及对金属间化合物研究的应用

本文中,我们用新的晶格反演方法获得了系列原子间相互作用势;用晶格反演方法改进EAM(Embedded Atom Method,嵌入原子方法)势,并对晶格反演EAM势和多重晶格反演EAM势进行了探索,对Ni-Al、Fe-Al、Co-Al、Ti-Al等二元合金的力学及热力学性质进行了原子级模拟计算。我们采用晶格反演方法获得层状材料的层间势,重点对石墨烯材料进行了研究。同时,我们用第三类晶格反演方法获得各种金属/化合物界面原子相互作用势并进行了系列性应用,并利用晶格反演对势在金属间化合物中进行应用拓展,对重要的稀土和锕系金属间化合物的结构和热力学性质进行了原子级模拟计算。这对含有无序子晶格结构体系的处理提供了新的方法。

NaZn_(13)型Fe基化合物的结构和热力学性质研究

利用Chen-Mbius晶格反演获得的原子间相互作用势,对NaZn13型Fe基金属间化合物进行原子级模拟研究.计算结果表明,Si原子和Co原子均优先占据96i晶位,Si原子和Co原子替代Fe原子后晶体平均结合能降低.随着Co含量的增加,LaFe13-x-yCoySix和NdFe13-x-yCoySix的晶格参数逐渐降低.声子态密度中,稀土原子主要激发低频模,Si原子主要激发高频模.LaFe11.5-yCoySi1.5化合物的德拜温度随Co含量的增加而增高.

LaT_2Si_2(T=Fe,Ni)结构的原子级模拟

利用Chen-Mbius晶格反演获得的原子间相互作用势对LaT2Si2(T=Fe,Ni)金属间化合物的结构稳定性、晶格参数和晶格振动进行原子级模拟研究。计算结果表明,所获得稳定相的晶格参数和原子坐标与实验符合得很好。计算了LaT2Si2不同虚拟结构的X射线衍射图谱。通过无序扰动、整体变形和高温扰动检验了ThCr2Si2型LaT2Si2的相稳定性。利用原子间相互作用势,进一步计算了LaT2Si2化合物声子态密度、比热容及振动熵。

飞秒激光直写玻璃基三维波导拓扑光子学结构(特邀)

飞秒激光直写技术具有优异的三维直写能力,可以灵活精确地构造和调控复杂波导阵列的结构和参数,是制备拓扑光子元器件的重要手段。综述了利用飞秒激光直写技术在玻璃内部制备的各类光波导拓扑结构,包括打破和不打破时间反演对称性的周期性晶格以及非厄米拓扑光波导系统,介绍了相应的研究进展,总结了面临的挑战,并提出了可能的解决方案。