基于密度泛函理论及虚晶近似的(PrxSm1?x)2(Co0.7Cu0.2Fe0.1)17 (x = 0~0.2)磁性研究

Sm2Co17作为第二代高磁密度材料得到广泛关注,研究表明,基于Sm2Co17的镨(Pr)、铜(Cu)、铁(Fe)四元掺杂能显著提升其磁性能,为研究不同镨掺杂浓度对Sm2Co17磁性影响,本文基于第一性原理密度泛函理论、平面波赝势及虚晶近似法,结合CASTEP软件包,使用LDA + U并进行自旋极化计算,研究了镨(Pr)、铜(Cu)、铁(Fe)元素替位掺杂Sm2Co17体系:(PrxSm1−x)2(Co0.7Cu0.2Fe0.1)17的体系能量、分态密度、波尔磁矩等性质,研究表明,(PrxSm1−x)2(Co0.7Cu0.2Fe0.1)17体系的总态密度在−40 eV附近主要由S轨道贡献,总态密度在−20 eV附近主要由P轨道贡献,镨(Pr)掺杂对D轨道和F轨道贡献最大,铜(Cu)、铁(Fe)元素掺杂对S轨道、P轨道和F轨道贡献较大,而F轨道贡献则来自于镨(Pr)且其自旋向下的密度远高于其自旋向上的密度,同时,随着镨元素掺杂比例的提高,体系总能量在逐步降低,说明体系更加稳定,同时,随着掺杂比例的不断变化,体系的波尔磁矩结果呈现波动特性,在x = 0.1时,(PrxSm1−x)2(Co0.7Cu0.2Fe0.1)17呈现出更低的体系总能量和更高的波尔磁矩,说明镨(Pr)掺杂比例10%时(PrxSm1−x)2(Co0.7Cu0.2Fe0.1)17体系具有更优的磁性能,本文的研究有助于优化钐钴四元掺杂永磁体的设计。

锆钛酸铅光学声子的虚晶近似研究

在虚晶近似框架上用刚性离子模型计算了铁电固溶体PbZrxTi1-xO3 (x =0 2 5～ 0 4 0 )布里渊区Г点的声子振动频率 .结果显示 ,随着Zr组份x的增加 ,光学横模向低频方向移动 。

Al_xGa_（1－x）As虚晶近似LMTO能带的自洽计算

对于包含芯态的全电子势的ＬＭＴＯ－ＡＳＡ能带计算方法，建议用一种虚晶近似的合金能带计算方法（ＬＭＴＯ－ＡＳＡ－ＶＣＡ），文中着重研究该方法的能带自洽迭代计算方案，在Ａｌ＿ｘＧａ＿（１－ｘ）Ａｓ合金能带计算中获得合理的虚晶近似的能带结构。

虚晶近似法研究AlN-Al_2O_3固溶体系的力学性能和电子结构

基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,运用虚晶近似方法计算了AlN-Al_2O_3固溶区内尖晶石相氮氧化铝(Al_(24)O_(24)N_8,Al_(23)O_(27)N_5和Al_(22)O_(30)N_2)和α-Al_2O_3,A1N的力学性能和电子结构.结果证明虚晶近似法应用到氮氧化铝结构计算中是可行的.力学常数计算结果和弹性模量B,剪切模量G,杨氏模量E反映的材料硬度变化趋势与实验基本一致;Al_2O_3-AlN固溶区内五种结构均为脆性性质且Al_(23)O_(27)N_5脆性最低,硬度高、脆性低的特性反映了.Al_(23)O_(27)N_5优异的抗弯强度性能.五种结构满足力学结构上的稳定性,立方尖晶石相氮氧化铝表现为弹性各向异性.能带和态密度的计算分析表明这五种结构均为直接宽带隙结构.在费米能级附近,氮氧化铝结构中阴离子的2p态和阳离子的3s,3p态发生了轨道杂化.理论结果与实验数据基本符合,为进一步研究提供了一定的理论方法和依据.

Ir-Rh合金力学性能的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理分析方法,用虚拟晶格近似方法计算了Ir-x Rh(x=0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、15、17、20、22、25、27、30)合金的晶格参数、体积模量、剪切模量、杨氏模量等力学参数。通过计算焓变值、电子态密度、能带结构从电子角度分析Rh掺杂对Ir-Rh合金力学性能的影响。结果表明:在Ir中掺杂少量Rh,能够提高材料的强度和硬度,在Ir-5Rh处达到顶点,之后随着Rh含量增加略有下降后继续升高,在Ir-10Rh处达到最大值,且数值与Ir-5Rh基本一致;随着Rh含量的增加,焓变值的绝对值由0.186 eV逐渐增加到0.634 eV,Ir-Rh合金热力学稳定性提高。另外,Ir-Rh合金的态密度、能带结构结果表明随着Rh含量的增加,键能升高,Ir-Rh合金脆性逐渐增大。

LMTO-ASA-VCA计算方法和(Ba_(1-x)K_x)BiO_3的电子结构

本文在LMTO—ASA Linear Muffin-Tin Orbital method-Atomic SphereApproximations)方法计算能带结构的基础上,讨论了用原子球半径及相应的势参数线性内插的虚晶近似(VCA)方法,计算混晶材料的电子结构。以(Ba_(1-x)K_x)BiO_3为例,对比用VCA方法计算的结果与用扩大原胞法对特定组分x的自洽计算结果,说明了VCA方法基本假设的可靠性,计算参数的设置要求和计算结果的精度。

基于第一性原理计算Rh含量对Ir-Rh合金力学性能的影响

采用密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,基于虚拟晶体势函数近似,通过计算Ir-xRh(x=0,5,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100)合金的弹性常数、体积模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比等力学常数、电荷密度和能态密度,研究Rh含量对Ir-Rh合金力学性能的影响通过实验对计算结果加以验证,证明将虚晶近似法运用在Ir-Rh合金力学性能的计算中是合理的研究结果表明,Ir-Rh合金的强度和硬度随Rh含量的升高迅速增大,在Ir-10 Rh处达到最大值后快速下降到Ir-40 Rh处后先缓慢上升再缓慢下降.Rh的添加会引起材料脆化,其脆性大小随着Rh含量的升高先增大后减小,在Ir-50 Rh处达到最大值.另外,计算了纯Ir,Ir-10 Rh,Ir-50 Rh,纯Rh的电荷密度、Ir和Rh的差分电荷密度以及能态密度,结果表明在铱铑合金中存在一种"伪共价键",从而导致其力学性质的异常.

铂铑合金系基本力学性能的第一性原理研究

采用密度泛函理论和虚晶近似方法对铂铑合金系的结构和力学性能进行计算。给出了常用低Rh含量和鲜有相关研究报道的高Rh含量合金的晶格常数、弹性系数和体积模量(B)等。通过晶格常数计算了不同合金的密度,与实测结果基本一致。通过弹性系数和力学稳定性判据发现该合金系结构是稳定的。计算的合金杨氏模量(E),剪切模量(G)与实验结果接近。随Rh含量的增加,G,E均增加,但B,G/B和泊松比均减小。通过分析确定随Rh含量的增加,合金的拉伸曲线变陡,延伸率变小,塑性变形难度增加。基于位错应变能的计算结果,发现随着Rh含量的增加位错应变能也增加,但Rh含量低于40%(质量分数)时增速较快,高于40%后变缓,该关系与实测的Rh含量与硬度、抗拉强度的关系一致。通过判定材料塑脆转变的G/B比值与Rh含量的关系,发现以Rh含量为40%为界,小于该值时Rh含量增加比值下降迅速,说明合金脆性增加较快,高于40%后比值减小变缓,表明合金脆性增加变缓。综合分析后认为随Rh含量增加铂铑合金的变形抗力增加、延伸率下降,脆性增加,导致合金塑性加工难度增大,但该变化速度为先快后慢,大致以Rh含量等于40%为界。对于低Rh含量的铂铑合金可以进行大变形量冷加工,而高Rh含量的铂铑合金只有通过提高温度,从而降低材料的G和E值才能进行一定的塑性加工。