高压下钨弹性和热力学性质的第一性原理研究

本文利用密度泛函理论研究了高压下bcc结构钨的弹性和热力学性质,计算得到钨的晶格常数、体弹模量以及其对压强的一阶偏导与实验值符合较好;在常压下弹性常数计算值与实验值符合较好的基础上,预测了其高压数据.针对钨的固相结构稳定性问题,根据力学稳定判断标准得到0~600 GPa范围内bcc结构是力学稳定的.此外,通过体模量和剪切模量的计算得到bcc结构钨在压力低于600 GPa时的力学性能表现为韧性.最后,基于准简谐德拜模型,成功预测了钨的热膨胀系数、等压热容、等容热容和熵随着压强和温度的变化关系,为钨及其合金的进一步设计及应用提供参考.     

高压下硫化钙的弹性和热力学性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法结合准谐德拜模型研究NaCl结构的CaS在高压下的弹性和热力学性质.计算得到的零温零压下的晶格常数、体弹模量与实验值符合得很好.弹性常数和弹性模量随着压强的增大而增大.压强对体弹模量和热膨胀系数的影响大于温度的影响.热容随压强的升高而降低,在高温下热容接近于Dulong-Petit极限.通过求解Gibbs自由能计算得到B1结构和B2结构CaS的相变压为36.61 GPa.     

高压下TiC的弹性、电子结构及热力学性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法 并结合准谐徳拜模型研究了NaCl结构的TiC在高压下的弹性性质、电子结构和热力学性质. 计算所得零温零压下的晶格常数、体弹模量及弹性常数与实验值符合得很好. 零温下弹性常数和弹性模量随压强增大而增大. 通过态密度和电荷密度的分析, Ti-C键随压强增大而增强. 运用准谐德拜模型, 成功计算了TiC在高温高压下的体弹模量、熵、热膨胀系数、徳拜温度、 Grüneisen参数和比热容. 结果表明压强对体弹模量、热膨胀系数和徳拜温度的影响大于温度对其的影响. 热容随着压强升高而减小, 在高温高压下, 热容接近Dulong-Petit极限.     

过渡金属钼高压物性的第一原理研究北大核心CSCD

在平面波赝势密度泛函理论的框架下,利用广义梯度近似(GGA)计算了体心立方(bcc)和双层密排六方(dhcp)结构的Mo在不同体积下的总能和焓值,算得的等温压缩线与前人的计算结果符合较好。对焓值作差,预测了620GPa压强附近bcc→dhcp的结构相变。根据声子谱的计算结果可知,在高压下,bcc结构可能会向dhcp或9R结构转变。力学稳定性的计算结果进一步显示,在620GPa以上,dhcp-Mo是能够稳定存在的相。结合准谐德拜模型研究了Mo在高压下的热力学性质,计算结果表明,在620GPa附近,bcc和dhcp结构Mo的热力学性质并无显著差异。     

高温高压下Zr2AlC的结构及热学性质的第一性原理

利用密度泛函理论研究了高温高压下Zr₂AlC的结构和热力学性质,计算得到Zr₂AlC的晶格参数与实验值符合较好．研究了Zr₂AlC的弹性常数、体模量、剪切模量和杨氏模量等力学性质随压力变化的趋势．同时研究了维氏硬度随压力的变化趋势．通过计算得到的杨氏模量预测了Zr₂AlC的弹性各向异性．最后,基于准简谐德拜模型,成功预测了Zr₂AlC的德拜温度、热容、热膨胀系数和Grüneisen参数随着压强和温度的变化关系.     

金红石结构TiO2结构和热力学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法以及准谐德拜模型研究了金红石TiO₂的结构和热力学性质.常温常压下所计算的晶格常数、体弹模量及其对压强的一阶导数与实验值和其他理论计算结果相符的较好.另外,我们还计算了体弹模量、热膨胀系数、热容与温度和压强的关系.     

金红石结构TiO2结构和热力学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法以及准谐德拜模型研究了金红石TiO2的结构和热力学性质。常温常压下所计算的晶格常数、体弹模量及其对压强的一阶导数与实验值和其他理论计算结果相符的较好。另外,我们还计算了体弹模量、热膨胀系数、热容与温度和压强的关系。     

过渡金属钼高压物性的第一原理研究

在平面波赝势密度泛函理论的框架下,利用广义梯度近似(GGA)计算了体心立方(bcc)和双层密排六方(dhcp)结构的Mo在不同体积下的总能和焓值,算得的等温压缩线与前人的计算结果符合较好。对焓值作差,预测了620GPa压强附近bcc→dhcp的结构相变。根据声子谱的计算结果可知,在高压下,bcc结构可能会向dhcp或9R结构转变。力学稳定性的计算结果进一步显示,在620GPa以上,dhcp-Mo是能够稳定存在的相。结合准谐德拜模型研究了Mo在高压下的热力学性质,计算结果表明,在620GPa附近,bcc和dhcp结构Mo的热力学性质并无显著差异。     

新型石墨插层化合物HfC2结构与性质的第一性原理研究

在高压下,预测一种新型石墨插层化合物HfC₂.采用第一性原理方法对其在0 GPa下的结构和性质进行研究,分别采用GGA-PBESOL、GGA-PW91和LDA方法进行结构优化,得到的晶体学数据基本相同.弹性常数和声子谱计算证实其力学和晶格动力学稳定性,表明HfC₂在0 GPa下能够稳定存在.采用GGA-PBESOL方法计算得到HfC₂的体模量和剪切模量达到265 GPa和118 GPa,Pugh比k<0.57,是一种具有高体模量的韧性材料.HfC₂存在C-C、Hf-C共价作用,且具有金属特性和特殊层状结构,是其具有高体模量和韧性的原因.最后,对HfC₂在0~500 GPa内的键长、体模量、剪切模量、k值等进行研究,探索其力学性质随压力变化的规律.     

萤石结构TiO2热力学性质的第一性原理计算

利用第一性原理平面波赝势密度泛函理论研究TiO₂的结构,其零温零压下的晶格常数和常温下的体弹模量及其对压强的一阶导数的计算结果与实验值和其他理论计算结果相符.通过准谐德拜模型,获得了相对晶格常数、相对体积、体弹模量、热膨胀系数、热容与温度和压强的关系.     

First-principles calculations of elastic,phonon and thermodynamic properties of W

We investigate the elastic properties, lattice dynamical, thermal equation of state and thermodynamic properties of bcc phase W under high pressure using density functional theory. The calculated high-pressure elastic constants of bcc phase W agree well with experimental and theoretical data. Under compression, the phonon dispersion curves of bcc phase W do not show any anomaly or instability. Our calculated zero-pressure phonon dispersion curves are in excellent agreement with experiments. Within the quasiharmonic approximation, we predict the thermal equation of state and other properties including the thermal expansion coefficient, adiabatic bulk modulus, specific heat at constant volume and entropy.     

二元Ni-Al合金极端条件下的弹性和热力学性能：全电子准谐波近似 cited: 1)

通过在原子尺度上建模来研究Al、NiAl和Ni₃Al合金在极端高温和高压下的点阵常数、弹性常数、弹性模量、泊松比和弹性各向异性因子等性质．计算得到的弹性常数均满足相应的力学稳定条件．由于NiAl和Ni₃Al具有较高的B=G值,在0～30 GPa内都属于延展性材料．通过包含电子热运动对体系吉布斯自由能贡献的全电子准谐近似方法,得到了高温高压下Al、NiAl和Ni₃Al合金的热膨胀系数、体积模量、热容和熵等．计算值与已有的实验值和理论值符合较好     

Electronic,elastic and dynamical properties of MgSe under pressure: rocksalt and iron silicide phase

The electronic, elastic and dynamical properties of MgSe in the rocksalt (B1) and iron silicide (B28) phase and the effects of pressure on these properties are investigated using first-principles method. The calculated electronic band structure indicates that the B1 phase of MgSe presents an indirect band-gap feature and the band gaps initially increase with pressure and subsequently decrease upon compression. Remarkably, an indirect-to-direct band-gap transition has been observed at the phase transition pressure. The elastic constants, bulk modulus, shear modulus, Young’s modulus, elastic anisotropy and B/G ratio of MgSe in the B1 and B28 phase at high pressure have also been investigated. The bulk modulus, shear modulus and Young’s modulus all increase monotonously with the increasing of pressure for the B1 and B28 phase of MgSe. The calculated phonon frequencies of the B1 phase at zero pressure agree well with available theoretical results. And the transverse acoustic phonon TA(X) mode of this phase completely softening to zero at 82 GPa. The phonon curves of the B28 phase under pressure have also been successfully investigated.     

高压下Ti_2AlX(X=C,N)的结构、力学性能及热力学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算研究了压力对Ti_2AlC与Ti_2AlN结构、力学性能的影响.研究发现压力的增大会使体系的体积比降低,Ti_2AlC压缩性较Ti_2AlN好.力学性能研究发现,压力的增大使材料抵抗变形能力增强,体系的延展性有了很大的提升,当压力超过40 GPa后,Ti_2AlC与Ti_2AlN从脆性材料转变为延性材料,体模量与剪切模量的比值达到1.75,延展性有了很大的提升.通过准谐德拜模型,分析了压力与温度对Ti_2AlC与Ti_2AlN体模量、热容及热膨胀系数的影响.结果表明,随着温度的升高,Ti_2AlN与Ti_2AlC的体模量下降.定容热容与定压热容的变化趋势相同,但在高温下,定容热容遵循Dulong-Petit极限,温度对热容的影响效果较压力明显.温度与压力对Ti_2AlN与Ti_2AlC线膨胀系数的影响主要发生在低温区域.     

Phase transition, elastic, thermodynamic properties of zinc-blend BeSe from first-principles

The structural phase transition, elastic, thermodynamics properties of BeSe in zinc-blende were investigated by performing first-principles calculations within generalized gradient approximation. The phase transition pressure P_t between the B3 phase and the B8 phase of BeSe was determined. The pressure dependencies of elastic constants, shear modulus, Young's modulus, and Poisson's ratio of BeSe are calculated. The thermodynamic properties of the zinc-blende structure BeSe are calculated by using the quasi-harmonic Debye model. The pressure and temperature dependencies of the heat capacity and the thermal expansion coefficient, as well as the Grüneisen parameter are investigated systematically in the ranges of 0–50 GPa and 0–1200 K.     

高压下RhB的相变、弹性性质、电子结构及硬度的第一性原理计算

采用密度泛函理论中的赝势平面波方法系统地研究了高压下RhB的结构相变、弹性性质、电子结构和硬度.分析表明,RhB在25.3 GPa时从anti-NiAs结构相变到FeB结构,这两种结构的弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量和弹性各向异性因子的外压力效应明显.电子态密度的计算结果显示,这两种结构是金属性的,且费米能级附近的峰随着压强的增大向两侧移动,赝能隙变宽,轨道杂化增强,共价性增强,非局域化更加明显.此外,硬度计算结果显示,anti-NiAs-RhB的金属性比较弱,有着较高的硬度,属于硬质材料.     

高压下ErNi2B2C弹性性质、电子结构和热力学性质的第一性原理研究

采用密度泛函理论中的赝势平面波方法研究了高压下超导材料 ErNi₂B₂C 的弹性性质、电子结构和热力学性质.分析表明, 弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量和弹性各向异性因子的外压力效应明显. 电子态密度(DOS)的计算结果显示, 在费米能级(E_F)处的 DOS 峰随外界压强的增大显著降低, 由于 ErNi₂B₂C 相对较高的超导温度(T_c)起因于E_F处的 DOS 峰, 因此推测压强增大可能会降低 ErNi₂B₂C 的 T_c.类似的现象在超导材料 MgB₂和 SrAlSi 中已被发现.此外, 基于准谐德拜模型, 对 ErNi₂B₂C 在高温高压下的热力学性质的研究表明, 在一定范围内, 温度和压强将对其热膨胀系数和热容产生明显的影响. 关键词： 高压 弹性性质 电子结构 热力学性质     

Theoretical investigation of the elastic,electronic, thermodynamic and optical properties of the zinc-blende structure AlN under high pressure

The elastic, electronic, thermodynamic and optical properties of the zinc-blende structure aluminum nitride (AlN) under high pressure have been investigated using first-principles calculations. The dependencies of the elastic constants, the bulk modulus, the shear modulus and energy gaps on the applied pressure are presented, and the results are in good agreement with comparable experimental and theoretical values. Also, the energy band structure and density of states under high pressure have been analysed. Furthermore, the optical constants, including the dielectric function, optical reflectivity, refractive index and electron energy loss, are discussed for radiation up to 50 eV.