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基于第一性原理计算的双层二维材料ReTe_(2)滑移铁电性质研究实验设计
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作者 郭建新 崔皓桢 +2 位作者 杨保柱 王富 闫小兵 《实验技术与管理》 北大核心 2025年第4期20-25,共6页
为满足计算材料学实验课程的前沿性需求,设计了基于第一性原理计算的一种双层二维材料ReTe_(2)滑移铁电性质研究实验项目。实验包括滑移铁电基本概念和前沿进展、模型构建方法、计算方法和数据分析等内容。详细介绍了一种新型的二维滑... 为满足计算材料学实验课程的前沿性需求,设计了基于第一性原理计算的一种双层二维材料ReTe_(2)滑移铁电性质研究实验项目。实验包括滑移铁电基本概念和前沿进展、模型构建方法、计算方法和数据分析等内容。详细介绍了一种新型的二维滑移铁电材料ReTe_(2)的铁电性质计算方法,通过计算ReTe_(2)结构声子谱和分子动力学、滑移路径与势垒、差分电荷密度、铁电极化强度和静电势等,对其结构稳定性、电学和铁电性质等进行了机理分析,系统介绍了二维滑移铁电材料ReTe_(2)的计算设计过程。该实验项目不仅可以让学生掌握新型铁电材料的计算和分析方法,更有助于激发学生的科学兴趣,锻炼其科研能力,为培养高素质创新型人才提供有力支撑。 展开更多
关键词 第一性原理计算 滑移铁电 二维材料 铁电极化强度
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红色荧光粉Sr_(2)Si_(5)N_(8)∶Eu^(2+)的结构与性能及第一性原理计算研究
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作者 林莹 高腾 +2 位作者 毋俊颖 庄乃锋 陈文杰 《化工新型材料》 北大核心 2025年第8期181-186,共6页
运用高温固相法合成掺铕的氮化物荧光粉Sr_(2)Si_(5)N_(8)∶Eu^(2+)。采用X射线衍射仪、能谱仪、荧光光谱仪对合成样品的结构、发光性能等进行研究,利用Rietveld方法对其结构精修,并计算了Sr_(1.84)Si_(5)N_(8)∶Eu_(0.16)^(2+)的色坐... 运用高温固相法合成掺铕的氮化物荧光粉Sr_(2)Si_(5)N_(8)∶Eu^(2+)。采用X射线衍射仪、能谱仪、荧光光谱仪对合成样品的结构、发光性能等进行研究,利用Rietveld方法对其结构精修,并计算了Sr_(1.84)Si_(5)N_(8)∶Eu_(0.16)^(2+)的色坐标、色纯度和色温。结果表明:该荧光粉的色坐标为(0.6287,0.3708),落在红光区域,计算得到Sr_(1.84)Si_(5)N_(8)∶∶Eu_(0.16)^(2+)的色纯度高达100%,具有非常高的纯度,相关色温为2021K,属于暖色光。该荧光粉在298~473K范围内表现出良好的热稳定性,活化能为0.14eV。通过第一性原理计算可知Sr_(2)Si_(5)N_(8)和Sr_(2)Si_(5)N_(8)∶Eu^(2+)均为间接带隙结构,Eu的掺杂会在Sr_(2)Si_(5)N_(8)的导带与价带之间产生新的能级,从而充当中间能级的作用,新出现的能级为Eu的4f态。 展开更多
关键词 Sr_(2)Si_(5)N_(8)∶Eu^(2+) XRD-Rietveld结构精修 发光性能 第一性原理计算
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基于第一性原理计算的A位无序双层钙钛矿SrCaNiTeO_(6)的电磁性质
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作者 李洪苹 张瑶明 +1 位作者 孙安 郭宝昌 《江苏大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期484-489,共6页
为探究A位无序对双层钙钛矿氧化物电磁性质的影响,采用第一性原理计算方法系统地研究了A位无序双层钙钛矿氧化物SrCaNiTeO_(6)的空间原子排布、磁耦合构型和电子结构.研究结果表明:在考虑A位Sr、Ca原子所有可能的排列情况所构建的3种不... 为探究A位无序对双层钙钛矿氧化物电磁性质的影响,采用第一性原理计算方法系统地研究了A位无序双层钙钛矿氧化物SrCaNiTeO_(6)的空间原子排布、磁耦合构型和电子结构.研究结果表明:在考虑A位Sr、Ca原子所有可能的排列情况所构建的3种不同原子排列结构中,该化合物的基态磁构型均为Ni离子之间的反铁磁耦合,且三者均为半导体,而B′位的Te离子是非磁性的,对化合物整体磁矩没有贡献;通过电子结构分析证实SrCaNiTeO_(6)的电荷组成为Sr^(2+)Ca^(2+)Ni^(2+)Te_(6)+O_(6)^(2-);虽然Sr和Ca之间存在A位离子无序现象,但是该化合物仍保持原有的空间群结构P2_(1)/n,且其电子结构不变. 展开更多
关键词 SrCaNiTeO 6 双层钙钛矿 晶体结构 第一性原理计算 半导体
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PIM-DFT:面向第一性原理计算的近存架构软硬件协同设计 被引量:1
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作者 曹振伟 涂布新 +3 位作者 谭邵杰 姜庆彩 陈俊仕 安虹 《小型微型计算机系统》 北大核心 2025年第6期1515-1522,共8页
第一性原理计算是材料分析、凝聚态物理、量子化学等领域用于研究物质性质的一种常见方法,同时也是一种典型的访存密集型应用.现代计算系统大多以计算为中心,计算和访存之间的性能差距大,程序的执行往往受限于访存密集部分.近存计算,是... 第一性原理计算是材料分析、凝聚态物理、量子化学等领域用于研究物质性质的一种常见方法,同时也是一种典型的访存密集型应用.现代计算系统大多以计算为中心,计算和访存之间的性能差距大,程序的执行往往受限于访存密集部分.近存计算,是一种赋予存储端一定的计算能力的技术,被认为是解决访存移动瓶颈的非常具有潜力的方法.本文以第一性原理计算软件PWDFT为例,根据计算访存特征进行合理的划分与调度,结合以共享内存为核心的数据访问优化模式,提出了PIM-DFT近存架构软硬件协同设计.实验表明,采用近存计算技术能提高计算效率,相比于x86核心,PIM-DFT通过将计算负载卸载到靠近主存端的计算单元,取得了2.6倍的加速效果和约50%的能量节省. 展开更多
关键词 计算机系统结构 高性能计算 近存计算 第一性原理计算 PWDFT
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Ag-Pd合金电子结构和电导率的第一性原理计算
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作者 张聿敏 潘新花 +1 位作者 洪子健 叶志镇 《材料科学与工程学报》 北大核心 2025年第3期341-347,378,共8页
针对微电子封装领域引线键合材料中常用的Ag-Pd这一合金体系,本实验使用第一性原理计算方法研究了钯掺杂含量对银合金电学性能的影响。使用VASP软件,基于108原子的面心立方超晶胞模型研究了Ag-Pd固溶体的基态电子结构,计算了包括态密度... 针对微电子封装领域引线键合材料中常用的Ag-Pd这一合金体系,本实验使用第一性原理计算方法研究了钯掺杂含量对银合金电学性能的影响。使用VASP软件,基于108原子的面心立方超晶胞模型研究了Ag-Pd固溶体的基态电子结构,计算了包括态密度和超晶胞的有效能带。结果表明,Pd掺杂引入的态密度主要分布在-6 eV到-3 eV和-1.8 eV左右两个区间,这两组态密度均在倒易空间第一布里渊区内均匀分布。针对超晶胞模型和基态计算的局限性使用SPR-KKR软件,以KKR-GF-CPA方法结合德拜模型和Kubo线性响应理论计算了不同温度下不同Pd含量的Ag-Pd合金电导率数据。在有实验值覆盖的范围,计算结果同实验值符合良好,变化趋势符合物理规律。 展开更多
关键词 第一性原理计算 KKR-GF-CPA方法 银钯合金 电导率
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锐钛矿TiO_(2- x )(101)表面硝酸根还原路径的第一性原理计算
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作者 贺曦煜 杨帆 章俊良 《上海交通大学学报》 北大核心 2025年第7期1050-1058,I0005,I0006,共11页
为研究硝酸根在锐钛矿TiO_(2-x)(101)表面的还原过程,建立有无氧空位两种表面模型,采用密度泛函理论对硝酸根在两种表面的还原过程进行理论计算,研究氧空位对表面电子结构、硝酸根吸附构型以其吸附能、还原路径、竞争反应和产物选择性... 为研究硝酸根在锐钛矿TiO_(2-x)(101)表面的还原过程,建立有无氧空位两种表面模型,采用密度泛函理论对硝酸根在两种表面的还原过程进行理论计算,研究氧空位对表面电子结构、硝酸根吸附构型以其吸附能、还原路径、竞争反应和产物选择性的影响.结果表明:氧空位改变硝酸根在表面的吸附构型,显著降低其吸附能,并将电位决定步由硝酸根吸附转变为N原子的氢化过程.此外,氧空位能够大幅提高中间体NO_(2)和NO的脱附能,从而抑制副产物的产生,改善催化剂选择性.氧空位对竞争性析氢反应的促进作用远不及对硝酸根还原反应的促进程度,因此含氧空位的TiO_(2)是电催化硝酸根还原产氨的潜在优异催化剂. 展开更多
关键词 TiO_(2) 氧空位 硝酸根还原 电催化 第一性原理计算
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稀土掺杂对Mg-Sc合金马氏体相变影响的第一性原理计算
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作者 李松 金朝晖 袁广银 《热加工工艺》 北大核心 2025年第13期99-105,共7页
采用第一性原理计算研究了稀土掺杂对Mg-Sc合金马氏体相变的影响和作用机制。结果表明:Y、Gd和Nd原子的d轨道电子增强了Mg和Sc原子间的p-d轨道电子杂化,导致马氏体相对奥氏体的稳定性增强。Y原子的光学振动较强,并与Mg原子和Sc原子的光... 采用第一性原理计算研究了稀土掺杂对Mg-Sc合金马氏体相变的影响和作用机制。结果表明:Y、Gd和Nd原子的d轨道电子增强了Mg和Sc原子间的p-d轨道电子杂化,导致马氏体相对奥氏体的稳定性增强。Y原子的光学振动较强,并与Mg原子和Sc原子的光学振动相互耦合,增强了马氏体的动力学稳定性。Gd或Nd原子推动Mg-Sc声子态密度向声子频率降低的方向平移并且Gd或Nd与Mg和Sc原子的声学振动相互耦合,导致Mg-Sc声学振动显著增强,从而减弱奥氏体和马氏体的动力学稳定性,但奥氏体的减弱程度大于马氏体。因此,Y、Gd和Nd掺杂增大Mg-Sc合金中奥氏体和马氏体的0 K内能差,从而将马氏体相变温度提高至315 K,这优于其他Mg-Sc合金。 展开更多
关键词 镁合金 稀土掺杂 相稳定性 马氏体相变 第一性原理计算
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(Hf_(0.25)Zr_(0.25)Ta_(0.25)Nb_(0.25))C陶瓷电子结构稳定性与力学性能的第一性原理计算
8
作者 蓝盼盼 刘斌 《上海大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期80-93,共14页
基于密度泛函理论计算,研究了四元高熵碳化物陶瓷(Hf_(0.25)Zr_(0.25)Ta_(0.25)Nb_(0.25))C和相应二元金属碳化物体系AC(A=Hf,Zr,Ta,Nb)的电子结构和力学性能。通过高熵化合物的热力学分析可知,(Hf_(0.25)Zr_(0.25)Ta_(0.25)Nb_(0.25))... 基于密度泛函理论计算,研究了四元高熵碳化物陶瓷(Hf_(0.25)Zr_(0.25)Ta_(0.25)Nb_(0.25))C和相应二元金属碳化物体系AC(A=Hf,Zr,Ta,Nb)的电子结构和力学性能。通过高熵化合物的热力学分析可知,(Hf_(0.25)Zr_(0.25)Ta_(0.25)Nb_(0.25))C可以形成单相的固溶体。从力学性能参数可以得到,计算得到的参数遵循混合规则,(Hf_(0.25)Zr_(0.25)Ta_(0.25)Nb_(0.25))C的维氏硬度大于组成其的四种二元碳化物的平均值;由(Hf_(0.25)Zr_(0.25)Ta_(0.25)Nb_(0.25))C的泊松比ν值及G/B值可知,其与二元碳化物相似,为脆性材料。通过分析电子结构,发现它们均为导体。四元高熵碳化物(Hf_(0.25)Zr_(0.25)Ta_(0.25)Nb_(0.25))C表现出导电性有所增加,其共价键主要是由C-p和A-d(A=Hf,Zr,Ta,Nb)轨道电子杂化形成,由于碳化物中共存化学键的不均性,进一步改善了材料的力学性能。 展开更多
关键词 四元高熵碳化物 第一性原理计算 电子结构 力学性能
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β-Ga_(2)O_(3)热电性能的第一性原理计算
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作者 邓南发 周贤中 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2025年第1期180-188,共9页
通过使用第一性原理计算方法和玻尔兹曼输运理论,计算了β-Ga_(2)O_(3)的电学、热学和热电性质,并得出了热电性能因子随载流子浓度和温度的变化规律.此外,还考虑了声子散射和极性光学声子散射对平均电子弛豫时间的影响,并详细描述了不... 通过使用第一性原理计算方法和玻尔兹曼输运理论,计算了β-Ga_(2)O_(3)的电学、热学和热电性质,并得出了热电性能因子随载流子浓度和温度的变化规律.此外,还考虑了声子散射和极性光学声子散射对平均电子弛豫时间的影响,并详细描述了不同载流子浓度和温度下β-Ga_(2)O_(3)的Seebeck系数、电导率、电热导率和功率因数的计算结果.最后,给出了β-Ga_(2)O_(3)的热电性能因子随载流子浓度和温度的变化趋势.结果表明,在高载流子浓度和高温下,β-Ga_(2)O_(3)具有较高的热电性能因子. 展开更多
关键词 Ga_(2)O_(3) 第一性原理计算 波尔兹曼输运理论 热电性质
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钢中过渡金属氮化物结构和物性的第一性原理计算
10
作者 王栋甲 李群 +2 位作者 焦晓飞 王书桓 倪国龙 《功能材料》 北大核心 2025年第4期4103-4110,共8页
钢中过渡金属氮化物(TiN、NbN、TaN、VN)的性质对于深入理解材料的微观结构和性能具有重要意义。采用第一性原理计算方法,深入分析了钢中过渡金属氮化物的晶体结构、力学性能和电子特性,揭示了这些氮化物的稳定性。研究发现,TiN具有最... 钢中过渡金属氮化物(TiN、NbN、TaN、VN)的性质对于深入理解材料的微观结构和性能具有重要意义。采用第一性原理计算方法,深入分析了钢中过渡金属氮化物的晶体结构、力学性能和电子特性,揭示了这些氮化物的稳定性。研究发现,TiN具有最大的形成焓绝对值,显示出最高的结构稳定性。能带结构分析表明,TiN、NbN、TaN和VN均为导体材料,呈现金属导电性质。弹性性能计算揭示了VN的体积模量为315 GPa,显示出较大的不可压缩性。此外,TiN和VN的剪切模量为184 GPa,表明他们在抵抗剪切形变能力方面优于NbN和TaN。弹性各向异性计算说明TiN比NbN的微观结构更均匀,而VN具有比TaN更均匀的微观结构。电荷密度分析确认了Ti-N、Nb-N、Ta-N和V-N键的共价特性。布局数计算进一步揭示了TiN、NbN、TaN和VN中存在离子键和共价键的相互作用。这些结果有助于实现钢中过渡金属氮化物的合理控制,对提升含氮不锈钢性能具有重要意义。 展开更多
关键词 氮化物 晶体结构 力学性能 电子特性 第一性原理计算
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基于第一性原理计算的PtIrM系电接触材料研究
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作者 巫小飞 赵君 +5 位作者 张晓波 张耀文 张鑫梅 张巧 王剑平 谢明 《贵金属》 北大核心 2025年第S1期29-35,共7页
论文以PtIr合金电接触材料为基体,Ru、Nb、Re等为添加元素,形成以Pt-10Ir为基体的固溶体合金模型,基于第一性原理计算,对Pt-10Ir-1M(M=Ru、Nb、Re)系固溶体合金的稳定性、力学和电子结构等性能进行了计算,获得了合金体系的相关热力学数... 论文以PtIr合金电接触材料为基体,Ru、Nb、Re等为添加元素,形成以Pt-10Ir为基体的固溶体合金模型,基于第一性原理计算,对Pt-10Ir-1M(M=Ru、Nb、Re)系固溶体合金的稳定性、力学和电子结构等性能进行了计算,获得了合金体系的相关热力学数据,以及模量和泊松比数据,对Pt-10Ir-1M系合金的掺杂元素进行了优化设计;在此基础上制备了Pt-10Ir-1M、Pt-25Ir-1M系合金,进行了铸态显微组织,物理、力学、电学性能的实验检测,结果与第一性原理计算对Pt-10Ir固溶体合金的掺杂元素的优化设计基本一致,为建立PtIrM(M=Ru、Nb、Re)系合金电接触材料的成分设计,物理、力学和电学性能的优化提供了数据参考。 展开更多
关键词 PtIrM系合金 第一性原理计算 合金的稳定性 电子结构 显微组织 力学性能
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镍基单晶高温合金元素掺杂对力学性能影响的第一性原理研究 被引量:2
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作者 彭勃 陈银萍 +8 位作者 王彧 陈卉 史振学 宋洋 张逢洋 MATEO Carlos Garcia CARABALLO Isaac Toda 杨泽南 于皓 《航空材料学报》 北大核心 2025年第3期142-154,共13页
镍基单晶高温合金的力学性能和热稳定性在很大程度上取决于基体与强化相之间的界面。本工作采用密度泛函理论研究Co、Cr、Mo、W、Re和Ta合金元素对γ-Ni/γ′-Ni_(3)Al界面力学性能的影响规律。通过界面结构的收敛性分析,确定合理的计... 镍基单晶高温合金的力学性能和热稳定性在很大程度上取决于基体与强化相之间的界面。本工作采用密度泛函理论研究Co、Cr、Mo、W、Re和Ta合金元素对γ-Ni/γ′-Ni_(3)Al界面力学性能的影响规律。通过界面结构的收敛性分析,确定合理的计算模型层数。通过合金弹性性能的研究,发现Re和W元素在γ和γ′相中表现出最为显著的强化效果,其中Re元素使γ相杨氏模量和剪切模量分别提升27GPa和11GPa,使γ′相杨氏模量和剪切模量分别提升16GPa和6GPa;而Ta元素分别使γ和γ′相体模量增加21GPa和14GPa。界面拉伸性能的研究表明,Re元素掺杂体系具有最高的理想抗拉强度(约25GPa)和变形能(约1.84J·m^(-2)),合金元素对界面抗拉强度的强化效果由强到弱依次为Re>W>Cr>Mo>Ta>Co>未掺杂界面。通过对差分电荷密度和电子态密度分析,得到合金元素的强化作用归因于掺杂原子与最近邻主原子之间化学键强度的增加。电子轨道分布特征表明,合金元素通过维持局部结构稳定性来延缓界面断裂。这些研究结果为开发新型镍基单晶高温合金提供思路。 展开更多
关键词 镍基单晶高温合金 γ/γ′界面 力学性能 电子结构 第一性原理计算
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MatCloud-QE:基于云原生理念的高通量第一性原理计算程序包 被引量:1
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作者 杨小渝 郝德博 +3 位作者 舒城 许立芳 梁亚男 马新杰 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期1007-1015,共9页
国内开展第一性原理计算总是局限于某一两个商业软件,不仅需要软件使用许可,而且还需要下载、安装到本地,再通过人工部署到高性能计算集群才能开展使用,极大地限制了科研人员开展第一性原理计算。为了解决这个问题,作者团队基于Quantum ... 国内开展第一性原理计算总是局限于某一两个商业软件,不仅需要软件使用许可,而且还需要下载、安装到本地,再通过人工部署到高性能计算集群才能开展使用,极大地限制了科研人员开展第一性原理计算。为了解决这个问题,作者团队基于Quantum ESPRESSO第一性原理计算内核,进一步开发了高通量第一性原理计算加速算法、参数智能推荐算法、输入结构统一算法、自动后处理引擎、组件化引擎、图形化引擎、更多物性计算功能以及MatCloud+接口等算法程序,形成了具有云原生特点的第一性原理计算程序包:MatCloud-QE;进一步通过接入MatCloud+材料云,使用户仅通过浏览器就可在线开展第一性原理计算和数据自动化采集和管理,极大地方便了用户开展第一性原理计算以及高通量计算筛选,且无需软件使用许可。以面向太阳能电池应用的无机钙钛矿Rb_(1-x)Cs_(x)PbI3的材料特性的第一性原理计算为例,说明通过MatCloud+材料云平台使用MatCloud-QE第一性原理计算程序包可进行能隙、态密度和光学性质的计算,计算结果不仅和文献报道结果相符,且整个计算过程减少人工干预次数可达90%以上,极大地提高了效率。目前,MatCloud-QE第一性原理计算程序包深度集成在MatCloud+材料云平台,用户通过云端才能使用,该模式为用户提供了丰富的计算资源和一站式第一性原理计算服务。 展开更多
关键词 MatCloud-QE第一性原理计算程序包 MatCloud+材料云 第一性原理计算 高通量材料计算 云原生
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碳族单质超导性的第一性原理研究
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作者 韩沛辰 林永熠 +3 位作者 郑磊 刘其军 刘正堂 高娟 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2025年第4期87-92,共6页
同为第四主族的元素,碳、硅、锗、锡、铅具有相似的价电子排布,但超导性却并不相同.锡和铅在常压下即可实现超导,硅和锗则需要在高压下才具有超导性,而碳的常规晶体结构在常压和高压下均尚未发现其超导性.压力在很大程度上是通过改变晶... 同为第四主族的元素,碳、硅、锗、锡、铅具有相似的价电子排布,但超导性却并不相同.锡和铅在常压下即可实现超导,硅和锗则需要在高压下才具有超导性,而碳的常规晶体结构在常压和高压下均尚未发现其超导性.压力在很大程度上是通过改变晶体结构和原子之间的位置进而影响其超导性,本论文基于密度泛函理论的第一性原理计算,对碳、硅、锗、锡、铅五种第四主族元素的单质的晶体结构、电子结构、声子性质以及超导性质进行系统地对比分析.计算结果表明费米能级附近的电子态密度越高,金属体系实现超导所需的压力越小.在具有金属性的体系中价带靠近费米能级处带隙的存在会使电子更容易局域在费米能级附近,从而增大费米能级附近电子态的数目并提高体系的超导性.此研究为探究超导机制并提高材料的超导性提供思路. 展开更多
关键词 超导性 第一性原理计算 碳族元素 电子结构
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Pr_(2)TeSiO_(4)的电子结构、光学和力学性能的第一性原理研究
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作者 张国浩 胡朝浩 +1 位作者 王殿辉 钟燕 《功能材料》 北大核心 2025年第10期10100-10105,共6页
研究采用第一性原理方法计算了正交Pr_(2)TeSiO_(4)的晶体结构、电子、光学特性和力学性质。利用HSE杂化泛函精准预测了Pr_(2)TeSiO_(4)的带隙为2.78 eV,是一种直接带隙材料,其具备在光催化领域应用的潜力。计算的光学性质表明Pr_(2)TeS... 研究采用第一性原理方法计算了正交Pr_(2)TeSiO_(4)的晶体结构、电子、光学特性和力学性质。利用HSE杂化泛函精准预测了Pr_(2)TeSiO_(4)的带隙为2.78 eV,是一种直接带隙材料,其具备在光催化领域应用的潜力。计算的光学性质表明Pr_(2)TeSiO_(4)在可见光区域表现出高折射率和强的光吸收能力,以及其沿不同晶向的各向异性光学性能。此外,计算的弹性常数表明Pr_(2)TeSiO_(4)在力学性能方面有很强的稳定性,并进一步验证了Pr_(2)TeSiO_(4)在不同方向上显现出的各向异性。研究为该材料的进一步开发和应用提供了重要的理论依据和科学指导。 展开更多
关键词 Pr_(2)TeSiO_(4) 光学性质 力学性质 第一性原理计算
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应变对Si掺杂A-TiO_(2)光学性质影响的第一性原理研究
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作者 张家琪 林雪玲 +6 位作者 田文虎 马文杰 张秀 马小伟 朱巧萍 郝睿 潘凤春 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第4期617-628,共12页
运用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Si掺杂锐钛矿相TiO_(2)(A-TiO_(2))的电子结构和光学性质,以及应变对Si掺杂体系光学性质的调控。研究结果表明:Si掺杂形成的两种替位式缺陷中,Si_(Ti)缺陷不能有效改善TiO_(2)的光学性... 运用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Si掺杂锐钛矿相TiO_(2)(A-TiO_(2))的电子结构和光学性质,以及应变对Si掺杂体系光学性质的调控。研究结果表明:Si掺杂形成的两种替位式缺陷中,Si_(Ti)缺陷不能有效改善TiO_(2)的光学性能,而Si_(O)缺陷的引入提高了掺杂体系对可见光区和红外光区光子的吸收,并且其光学吸收谱的吸收边发生了红移;光学性质的改变与掺杂体系的电子结构密切相关,Si_(Ti)缺陷对TiO_(2)电子结构的影响较小,而Si_(O)缺陷引入的杂质能级属于浅受主能级,该杂质能级的出现使掺杂体系的复介电函数在低能区有了很大的提升,促进了Si_(O)体系对低能区光子的吸收和光电转换效率,使Si_(O)体系的光催化特性有所增强。此外,光学性质还与Si_(O)的掺杂浓度有关,在108个原子的TiO_(2)超晶胞中均匀掺杂4个Si_(O),体系的光学性质最好,此时对应的掺杂浓度为3.7%。2%拉伸应变进一步增大了该体系对可见光区和红外光区光子的吸收,因此在2%拉伸应变下,Si_(O)均匀掺杂浓度为3.7%的体系具有更好的光电转换效率和光催化活性。 展开更多
关键词 TiO_(2) Si掺杂 应变 光学性能 电子结构 第一性原理计算
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固态电池硫基电解质在硅负极表面锂化衰退过程的第一性原理研究
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作者 郝伟 刘亚坤 +3 位作者 梁正 贺筱雅 李雨珺 罗栋煌 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第16期6580-6590,I0036,共12页
硅负极和硫基电解质是全固态电池研究基础之一,其电化学与界面稳定问题尚不明晰。该文结合第一性原理计算和实验研究,分析硅负极在锂化-去锂化循环中的结构变化特征,建立硫代磷酸锂及硫代锗磷酸锂固态电解质耦合电池负极的能量和体积变... 硅负极和硫基电解质是全固态电池研究基础之一,其电化学与界面稳定问题尚不明晰。该文结合第一性原理计算和实验研究,分析硅负极在锂化-去锂化循环中的结构变化特征,建立硫代磷酸锂及硫代锗磷酸锂固态电解质耦合电池负极的能量和体积变化预测模型,对比其与锂和硅两种负极界面锂化衰退下的能量与结构变化,研究界面空腔的产生与扩展规律。结果表明,硅晶体在循环后转化为无定形态,单位化学式下能量增长0.48 eV、体积膨胀21.9Å3。硫代磷酸锂在硅负极锂化衰退下的能量下降和空腔体积变化为30.1 eV和-0.4%,小于锂负极下的46.5 eV和45.8%。实验表征结果与计算预测一致,表明硅负极可以有效抑制硫基固态电解质的自发锂化分解,阻止界面空腔产生。实验结果表明,电解质与负极表面锂化研究可以为电池内短路与热失控等安全问题提供参考。 展开更多
关键词 硅负极 硫基固态电解质 锂化衰退 界面空腔 第一性原理计算
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不锈钢表面Al/Cu涂层制备与第一性原理计算
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作者 李德元 李光全 张楠楠 《沈阳工业大学学报》 CAS 北大核心 2024年第2期165-171,共7页
为了研究Al/Cu涂层中金属间化合物的生成顺序和形成机理,在304不锈钢基体表面制备了Al/Cu涂层。对试样进行热处理使得Al/Cu涂层原位反应生成金属间化合物,随后测试了涂层的高温抗氧化性能。采用第一性原理计算Al-Cu金属间化合物的焓、... 为了研究Al/Cu涂层中金属间化合物的生成顺序和形成机理,在304不锈钢基体表面制备了Al/Cu涂层。对试样进行热处理使得Al/Cu涂层原位反应生成金属间化合物,随后测试了涂层的高温抗氧化性能。采用第一性原理计算Al-Cu金属间化合物的焓、熵、吉布斯自由能和热容等数据。将热力学和扩散动力学相结合,提出有效生成自由能模型来预测化合物在Al/Cu界面的生成顺序。结果表明:Al/Cu涂层中首先形成Al_(2)Cu相,在Al/Cu界面处出现了AlCu相,加热时间增加至20 h后出现了富Cu的Al_(4)Cu_(9)相。由第一性原理计算得出,Al-Cu金属间化合物的形成顺序为Al_(2)Cu→AlCu→Al_(4)Cu_(9),与实验结果一致。此外,氧化实验结果表明,涂层具有良好高温抗氧化性能。 展开更多
关键词 Al/Cu涂层 304不锈钢 电弧喷涂 等离子喷涂 第一性原理计算 金属间化合物 抗高温氧化 热处理
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基于第一性原理计算的固溶体合金集成学习设计方法 被引量:1
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作者 张琦祥 苑峻豪 +4 位作者 李震 李文杰 孙丹 王清 董闯 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期233-240,共8页
基于密度泛函理论的第一性原理方法在考虑了固溶体化学短程序特征后计算得到的合金的基本性质更为可靠。本工作将描述固溶体短程序的团簇加连接原子结构模型嵌入到第一性原理计算中,获得了一系列合金的基本物性数据;构建了数据管理系统... 基于密度泛函理论的第一性原理方法在考虑了固溶体化学短程序特征后计算得到的合金的基本性质更为可靠。本工作将描述固溶体短程序的团簇加连接原子结构模型嵌入到第一性原理计算中,获得了一系列合金的基本物性数据;构建了数据管理系统,形成成分与性能数据库;进而采用多种机器学习算法构建合金成分与性能的预测模型,并对其进行对比分析;在此基础上,筛选最优算法,以精确预测合金的性能,并实现以性能为目标导向的成分设计;最终形成了一种基于第一性原理计算的固溶体合金集成学习设计方法,并开发出可视化程序软件。该方法有望大幅提升高性能先进合金材料研发的效率。 展开更多
关键词 第一性原理计算 团簇结构模型 机器学习 集成计算方法
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五边形石墨烯双层电子性能及磁性调控的第一性原理研究
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作者 吴旌贺 丁雅妮 +3 位作者 郭梦雨 陈卫光 王美娟 史金磊 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2025年第5期67-71,共5页
基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,我们研究了五边形石墨烯双层结构表面氢氟化对其电子结构及磁性的调控.计算结果表明,氢氟化的五边形石墨烯双层可以在价带顶和导带底出现自旋极化态,从而诱导出磁性且有效降低带隙.基于这一特性,... 基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,我们研究了五边形石墨烯双层结构表面氢氟化对其电子结构及磁性的调控.计算结果表明,氢氟化的五边形石墨烯双层可以在价带顶和导带底出现自旋极化态,从而诱导出磁性且有效降低带隙.基于这一特性,我们进一步发现通过调控氢氟化覆盖度能够有效调节体系带隙及磁矩,并且随着覆盖度增加实现了五边形石墨烯双层从半导体-金属-半导体的转变. 展开更多
关键词 五边形石墨烯双层 电子结构和磁性调控 第一性原理计算
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