Slater规则在化学中的应用

本文叙述了Ｓｌａｔｅｒ规则，以及在化学中六个方面的应用。

四元Heusler化合物的力学与半金属特性

采用全势线性缀加平面波方法对一系列四元Heusler化合物进行了第一性原理计算。弹性常数的计算结果表明,共有28种化合物具备力学稳定性。对各种化合物的杨氏模量、剪切模量、泊松比以及剪切各向异性等参数进行计算和力学性质分析发现,所有满足力学稳定性的化合物均具有剪切各向异性。磁矩分析结果表明,有12种化合物符合Slater-Pauling准则。能带和态密度分析结果显示,这12种化合物均呈现出卓越的半金属特性。研究结果为四元Heusler化合物在材料科学和电子学领域的应用提供了重要的理论支持。

半赫斯勒合金CrMnZ(Z=P,As,Sb)的结构、磁性与半金属性

为了探究半赫斯勒合金CrMnZ的材料与电子性质,预测其用途,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,利用Materials studio 6.0中的CASTEP模块建模,计算了半赫斯勒合金CrMnZ(Z=P,As,Sb)的结构、磁性与半金属性能。通过几何优化得出,CrMnP,CrMnAs和CrMnSb的平衡晶格常数分别为5.53,5.80和6.18Å,平衡状态下能量分别为-13206.9830,-13175.5096和-13089.8696 eV。通过磁矩计算结果和能带图的分析,计算的总磁矩接近于零,并在费米能级附近存在带隙,据此认为CrMnP和CrMnAs合金为半金属反铁磁性材料。Cr原子和Mn原子的磁矩呈反平行排列。通过对态密度图的分析可以得出,半赫斯勒合金CrMnZ的带隙主要来自于Cr-3d和Mn-3d电子的能级劈裂。CrMnP,CrMnAs和CrMnSb分别在5.32~5.67Å,5.37~5.74Å和5.53~5.93Å保持半金属性质。

第四周期p区元素的不规则性与屏蔽效应

通过具体实例及大量数据分析证明:由原子半径引起的第四周期p区元素电离势、最高氧化态的含氧酸(或盐)的不稳定性、较强氧化性及酸性等性质的反常现象与原子的电子层结构、元素的有效核电荷等有着密切的关系。

Heusler合金M_2CoA(M=Mn,Ti;A=Al,Si)的第一性原理

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,研究了M_2Co A型Heusler合金Mn_2Co Al、Mn_2Co Si、Ti_2Co Al和Ti_2Co Si的电子结构和磁学性质。发现Heusler合金Mn_2Co Al是亚铁磁性自旋无带隙半导体,Mn_2Co Si与Ti_2Co Al是亚铁磁性自旋半金属,而Ti_2Co Si是铁磁性自旋半金属。它们的总自旋磁矩均为整数,符合Slater-Pauling规则。然后,在分析电子能带结构和态密度的基础上,探讨了自旋无带隙半导体与半金属性的根源。最后,声子谱和弹性常数计算结果表明所有M_2Co A型Heusler合金在晶格动力学和力学上均是稳定的。

TiFe_(1.1−x)Ni_(x)Sb的结构和热电性能随Ni填充量的演变

TiFeSb是一种以half-Heusler结构为主相的多相材料.在这项工作中,我们发现可以通过将Ni填充到half-Heusler结构的4d空位来稳定TiFeSb,并获得单相TiFeNi_(0.1)Sb合金.为了提高热电性能,我们设计并合成了具有更多价电子的TiFe_(1.1−x)Ni_(x)Sb(x=0.1–1.0)样品.结构分析表明,x=0–0.3的样品是具有类half-Heusler结构的单相合金,x=0.4–0.7的样品是以Double half-Heusler为主相的两相材料,x=0.8–1.0的样品是类full-Heusler结构的单相材料.同时,在TiFe_(1.1−x)Ni_(x)Sb中实现了优异的p型(x=0–0.3)和n型(x=0.8–1.0)电输运性能,这可以用Slater-Pauling规则很好地解释.结合由于无序晶体结构而大大降低的晶格热导率,p型TiFe_(0.8)Ni_(0.3)Sb和n型TiFe_(0.3)Ni_(0.8)Sb在973 K下分别获得了约0.6和0.4的热电优值.我们还证明,这些样品的热电性能可以通过常规掺杂或合金化方法进一步优化.通过Cu代替Ni(或Fe),p型TiFe_(0.8)Ni_(0.2)Cu_(0.1)Sb的载流子浓度降低,并且在973 K时热电优值达到0.8,这是空位填充型Heusler合金的最高记录.

Cr_(2)VZ(Z=P,As)全赫斯勒合金的能带结构、半金属性与磁性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Cr_(2)VZ(Z=P,As)全赫斯勒合金的能带结构、半金属性及其磁性。结果表明,当Cr_(2)VZ(Z=P,As)处于亚铁磁性时,结构处于稳定态。同时确定了Cr2VAs的单位结构的总磁矩为–2μB,计算结果符合Slater-Pauling规则。Cr_(2)VP在稳定态属于普通铁磁体。采用Cr_(3)d与V 3d电子的杂化解释了自旋向下能带出现带隙的原因。当Cr_(2)VP和Cr_(2)VAs合金的晶格常数分别在0.5700~0.5900 nm和0.5704~0.6054 nm范围内变化时,二者的半金属性能够保持。本研究成果能够为Cr_(2)VZ(Z=P,As)合金的实际应用提供一些帮助。