铝合金化对LaNi_(5-x)Al_x电子结构的影响

在全电子水平上,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,计算了不同Al含量LaNi5-xAlx(x=0,0.5,1.0)的晶体结构、能带结构、状态密度等特征。对LaNi5的计算表明:GGAPerdew96的计算结果可信,自旋极化对优化结构和能量的影响不明显;对LaNi4Al的研究表明Al原子最可能取代3g位的Ni原子;对LaNi4.5Al0.5的优化结构与实验结果一致。随着Al含量的升高,晶胞能量、费米面能量升高,如从LaNi5,LaN4.5Al0.5到LaNi4Al,费米面能量从-10.591、-10.134eV升高到-9.441eV,而Ef上的态密度和材料对应的低温比热容则急剧下降,态密度从11.81、8.86急剧降低到1.61eV/f.u.。并计算给出了LaNi4.5Al0.5的能带结构、状态密度图。

掺Sn锐钛矿相TiO_2的第一原理计算

从第一原理角度,用基于密度泛函理论(DFT)的全电势线性缀加平面波法(FLAPW)和广义梯度近似(GGA),计算了掺Sn锐钛矿相TiO2的晶格优化结构和电子结构。结果表明:掺Sn以后晶胞体积明显增大,在z方向有伸长的趋势;掺Sn锐钛矿相TiO2典型晶面的电子密度分布与纯的锐钛矿相TiO2的比较表明,掺杂后的Sn-O键比原来的Ti-O键强;掺Sn锐钛矿相TiO2的能带结构图表明,掺杂后仍为间接带隙的半导体,与未掺杂时比较,能隙减小了0.24eV,与实验趋势相符。

KTa_(0.5)Nb_(0.5)O_3电子结构的第一性原理研究

用全电势线性缀加平面波法(FLAPW)计算了KTa_0.5Nb_0.5O_3铁电相和顺电相的态密度、能带结构.通过对两相态密度的对比分析发现,在铁电相,钽原子的d电子和氧原子的2p电子以及铌原子d电子与氧原子的2p电子之间存在强烈的轨道杂化,对能带的分析也得出同样的结论.这种轨道杂化对KTa_0.5Nb_0.5O_3铁电性的稳定有着重要的意义.钽原子在四方铁电体KTa_1-xNb_xO_3中的作用与在纯钽酸钾中的作用有明显的差别.

先兆型铁电体CaTiO_3的第一性原理研究

在广义梯度近似 (GGA)下利用全电势线性化的缀加平面波法 (FPLAPW )计算了钛酸钙 (CaTiO3 )的电子结构 .将实验测得的晶胞体积记为V0 ,计算中所用的晶胞体积记为V .当V/V0 =1.0时 ,Ti离子位移为零相应于总能量低能态 ,钛酸钙不会发生铁电相变 .但如果其体积膨胀 10 % ,则Ti离子的位移将导致能量极小值 .这意味着在立方钛酸钙中有发生铁电相变的趋势 ,表明在钛酸钙中存在着体积诱发的铁电相变 ,即钛酸钙为先兆型铁电体 .态密度在V/V0 =1.1时 ,Tid电子和O(2 ) p电子之间存在强烈的轨道杂化 ,这种杂化是出现铁电性的必要条件 .电场梯度的结果也表明了这一点 .

立方结构Fe基磁性材料弹性系数第一性原理计算

通过赝势平面波法(CASTEP)及全电势线性缀加平面波法(FLAPW),以bcc_Fe为对象,研究第一性原理计算立方结构Fe基磁性材料弹性系数的方法,分析影响计算立方结构Fe基磁性材料弹性系数准确度的各项因素.结果表明,在第一性原理弹性系数计算中,晶格常数是决定弹性系数计算准确度的关键因素;势函数的选择也会影响计算准确度.使用全电势基矢的FLAPW法可以得到更为精准的弹性系数计算结果.计算得到bcc_Fe的弹性系数C11,C12,C44分别为246GPa,121GPa,113GPa,与实验值基本一致.利用本方法,计算了新型Fe_Ga磁致伸缩材料的弹性系数C11,C12,C44分别为207GPa,166GPa及108GPa.

Mg_2Si的电子结构和热电输运性质的理论研究

利用全势线性缀加平面波法,对Mg2Si的几何结构和电子结构进行了计算,得到了稳定的晶格参数以及能带和电子态密度.能带结构表明,Mg2Si为间接带隙半导体,禁带宽度为0.20eV.在此基础上利用玻尔兹曼输运理论和刚性带近似计算了材料的电导率、Seebeck系数和功率因子.结果表明,在温度为700K时p型和n型掺杂的Mg2Si功率因子达到最大时的最佳载流子浓度分别为7.749×1019cm-3和1.346×1020cm-3.结合实验热导参数,估算了700K时最高热电优值ZT可以达到0.93.通过对比不同温度下的输运系数发现,功率因子与弛豫时间之比的极大值随温度升高而增大,在中高温区使用材料的最佳掺杂浓度要高于低温区使用材料的最佳掺杂浓度.

3d过渡金属离子注入锐钛矿TiO2第一性原理研究

用金属离子注入方法在锐钛矿TiO2薄膜中掺杂3d过渡金属(V,Cr和Fe)离子,采用全势线性缀加平面波(FP-LAPW)方法计算3d过渡金属离子掺杂后锐钛矿TiO2的电子结构,通过紫外-可见吸收光谱测试方法检测3d过渡金属离子注入对TiO2薄膜吸收光谱的影响.实验结果和理论计算表明,离子注入后,锐钛矿TiO2薄膜带隙宽度变小,V,Cr和Fe离子的3d态在紫外-可见吸收光谱的红移中起关键作用.