2013年2月- CASTEP/DMol3/GULP 新发表的期刊

时间:2014-01-07

CASTEP

题目:第IV主族半导体和第 III主族氮化物的非等价的六方多型体构型的总能量的对比研究
摘要:
本文报导了具有sp 3 成键网络的C, Si, SiC, BN, AlN, GaN, 和 InN 的六角堆积组态的多型体构型和能量关系的系统研究结果。基于广义梯度近似 (GGA) 的密度泛函理论,本文细致计算了这些化合物的周期性堆积长度达到L = 8 的原子构型、能量和电子结构。使用从GGA 计算中抽象出的轴向次近邻Ising模型,作者还研究多于6百万种非等价的堆积多型体构型的能量,周期性堆积长度达到了L = 30,这些构型是从有效的多型体产生算法产生的[E. Estevez-Rams and J. Martinez-Mojicar, Acta Crystallogr., Sect. A: Found. Crystallogr. 64, 529 (2008)],并且阐明了这些化合物的能量和性质的一些趋势。

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题目:原子间的相互作用势预测利于形成金属玻璃的Hf–Cu–Ni化合物
摘要:
本文构建了原子间的相互作用势,并且用它进行分子动力学模拟来研究可以形成玻璃的Hf–Cu–Ni 化合物。使用固体溶液模型比较了固溶体和相应的无序体系的相对稳定性,模拟不仅发现金属玻璃的形成是晶体结构坍塌的结果,而且确定了Hf–Cu–Ni化合物的一个四边形区域,在这个区域里利于形成金属玻璃。此外,始态和终态的能量差定义为驱动力,静态分子动力学计算确定Hf45Cu10Ni45 达到最大值,即形成金属玻璃优化的化合物。

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题目:Fe3Si 金属间化合物的电子结构和磁性的理论研究
摘要:
    本文使用基于平面波赝势的第一性原理方法研究了Fe3Si 金属间化合物的电子结构和磁性。计算得到的内聚能和形成热表明Fe3Si 金属间化合物有很强的合金化能力和较高的结构稳定性。能带结构的计算表明 Fe3Si 具有金属特性,它的成键类型主要是共价键和金属键。它的铁磁性是Fe 原子的 3d 电子导致的。Fe[A,C] 和 Fe[B] 局部磁矩的差异是Fe[A,C] 和 Fe[B] 之间的交换作用能和从Fe[B]到Fe[A,C] 原子的电荷转移引起的。

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题目:存在有序碳空位的非计量ZrC0.6 {111}孪晶结构
摘要:
本文在实验和理论上研究了有序非计量ZrC0.6孪晶结构。通过透射电子显微镜和选择区域电子衍射测量,观察到了{111} 孪晶。有趣的是,两个特殊类型的孪晶界面,即 (111)C 和 (111)Zr 界面,其形成是有序碳空位存在的结果。第一性原理的计算表明:相对于计量ZrC形成孪晶的较高的堆垛层错能,有序碳空位的存在导致孪晶界面能的大大降低,因此,有利于有序ZrC0.6 孪晶结构的稳定。

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题目:使用从头算原子尺度计算研究在无铅焊接中的Ag3Sn金属间化合物的机械和电子特性
摘要:
使用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究主要在无铅焊点中发现的锡-银金属间化合物 (Ag3Sn) 的结构、弹性和电子结构性质。本文使用广义梯度近似计算了交换-相关能。计算的晶格常数在实验值的2% 的误差范围内。所有的单晶弹性常数是通过使用Voigt 和 Hill 近似计算的多晶 Ag3Sn 的剪切模量、体模量、杨氏模量和泊松比计算得到的。为了解释在实验上确定的弹性常数值的散射,确定了体模量和杨氏模量的方向关系。计算得到的沿着不同面的杨氏模量值与实验值在相同的范围内。还计算了各种各向异性指数,像普遍的各向异性指数,Zener各向异性指数,剪切各向异性指数和其它的指数来研究弹性各向异性。通过计算沿着六个低指数面的泊松比值进一步研究泊松比的各向异性。在目前的工作中,通过弹性数据计算的德拜温度值比使用电阻率测量得到的德拜温度值高,这是由于温度的关系导致的。本文还使用能带结构,总的和部分态密度研究了体系的电子结构。Ag3Sn 的态密度存在由Ag-d 电子决定的主峰。在费米能级附近,总的态密度值为1.97 states/eV,其主要是Sn的 p 态贡献的,很小一部分是由Sn的 s 态和 Ag的 s, p 和 d 态贡献的。

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题目:由极小的纳米管组成的Na2Ti3O7 微球:具有超快充-放电速率的钠离子电池阳极材料
摘要:
一般充电电池具有快速的充-放电速率,但是,对于新型储能体系,能够实现低成本的大规模应用,是非常重要的。在本工作中,使用第一性原理模拟的方法理论研究把钠插入到Na2Ti3O7 的结构。计算结果表明:Na2Ti3O7 的理论容量是 311 mA h g−1。此外,合成了由外围直径大约8 nm、长度为几百纳米的小纳米管组成的微球型Na2Ti3O7 材料。恒电流的充-放电测量,使用所制备的Na2Ti3O7 纳米管作为工作电极,电压范围为0.01–2.5 V vs. Na+/Na,表明即使在超快的充-放电速率下高容量依然能够保持。当电流密度为354 mA g−1,放电容量在100 多次循环中保持为108 mA h g−1。即使在非常大的电子密度 3540 mA g−1,放电容量仍然为85 mA h g−1。高分辨率的透射电镜分析和电化学测试证实钠离子不仅能插入到Na2Ti3O7 晶体中,而且能够存储在纳米管的内腔中。所有的这些结果揭示了所制备的Na2Ti3O7 纳米管可以作为低成本、高性能的钠离子充电电池的可以大规模使用的阳极材料。

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题目:揭示钽氧化物(Ta2O5)晶体结构和电子能带结构的相互影响
摘要:
    Ta2O5 的能带结构和带隙是颇受争议的问题。于此,使用杂化泛函使能隙计算的误差从95% 降到 5%,得到3.7 eV 的带隙。这有助于控制材料的电子和几何性质。

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题目:结合对称性分析和总能量计算的从头算晶体结构预测。Mg(BH4)2结构的探索
摘要:
在材料科学中,开发一个能够预测晶体结构的,仅需要化学定量关系作为输入的功能强大并可靠的第一性原理方法的需求日益增加。我们整合了几种方法来解决这个问题,这里包含了量子化学团簇计算、结构模型的模拟退火算法、密度泛函理论总能量计算和对称群的分析。Mg(BH4)2 案例的研究,旨在找到在理论和实验上提出结构的差异的原因。除了新的稳定的单斜晶系的、正交晶系的和四方结构之外,立方结构可能是一个更高能量的结构。此外,对称群的分析可以通过群-子群的关系来关联对称性和结构,并且最终确认在势能面上一个局域极小点。

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题目:RVO4高压白钨矿相的合成、晶格动力学和机械性能
摘要:
本文通过高压 (达到 25 GPa) 从锆石RVO4 (R = Y, Sm, Gd, Yb, Lu) 化合物中制备了RVO4化合物的高压白钨矿相。本文详细确定和讨论了这些RVO4白钨矿相的拉曼光谱。通过超声法测量了RVO4白钨矿相的机械性能,包括:体模量、剪切模量、杨氏模量、B/G 因子和泊松比,并和密度泛函理论方法计算的结果进行了比较。计算的晶胞参数和机械性质和实验结果符合的很好。R 的4f 轨道的半径和状态对机械性能起了不同的作用。

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题目:Ba2MLnTe5 (M = Ga 和 Ln = Sm, Gd, Dy, Er, Y; M = In 和 Ln = Ce, Nd, Sm, Gd, Dy, Er, Y) 的合成、结构、物理性质和电子结构
摘要:
    本文通过固态反应制备了12 种新的稀土元素碲化物 Ba2MLnTe5 (M = Ga 和Ln = Sm, Gd, Dy, Er, Y; M = In 和 Ln = Ce, Nd, Sm, Gd, Dy, Er, Y)。其中,两种化合物 Ba2GaLnTe5 (Ln = Sm, Gd) 是同构的,结晶为中心对称的P1̅ 空间群晶体,其它10 中化合物属于另外一个结构类型,属于非中心对称的Cmc21空间群。在这两种结构类型中,存在一维阴离子1∞[MLnTe5]4– 链,它是从 LnTe6八面体和MTe4 (M = Ga, In) 四面体构建的,但是在这两种结构类型中LnTe6八面体和MTe4四面体的连接是不同的。基于漫反射谱,这些化合物的带隙在1.1–1.3 eV的范围内。Ba2MLnTe5 (M = Ga 和 Ln = Gd, Dy; M = In 和 Ln = Gd, Dy, Er) 是顺磁性的,遵循Curie–Weiss定律,然而,Ba2InSmTe5的磁化率是从 Curie–Weiss定律推导的。此外,Ba2MYTe5 (M = Ga, In) 的电子结构计算表明它们都是具有较大非线性光学系数的直接带隙半导体。

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题目:第一性原理研究假定的Bn (n = 13, 14, 15)晶体
摘要:
    第一性原理结合密度泛函理论研究了假定的Bn (n = 13, 14, 15)晶体的结构、电学及力学性质,这些假定的Bn (n = 13, 14, 15)晶体是通过在α-B12网络结构中插入B原子得到的。讨论了插入的B原子及其位置对体系晶格参数、力学及电学性质的影响。通过计算体系内聚能和形成焓来考察体系的能量稳定性,通过弹性常数的计算考察体系的机械稳定性及力学性能,如体积、剪切以及杨氏模量。为了考察体系的相稳定性,执行分子动力学以及过渡态搜索计算,根据能量-体积曲线着重区别所有存在相结构。通过计算态密度和Mulliken电荷、键的重叠布局数等,发现在插入的不同位置的B原子和二十面体B原子之间存在电荷转移。平均几何优化及其它的第一性原理结果,每一个B相结构的微观硬度被计算出来。

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DMol3
题目:第一性原理研究H在ScAl3晶体上的相互作用以及饱和吸附度
摘要:
    复杂的金属H化物有希望做为储氢材料应用于移动设备中。Sc催化剂在复杂金属氢化物的存在大大改善了氢气的吸附及解吸附动力学过程,但这些添加剂的准确作用机制并不清楚。核磁研究表明扭曲的ScAl3相的存在增加了H2的吸收以及释放速度。本文主要是通过密度泛函理论B3LYP/6-311++G(d,p) 和 GGA-PW91/DNP 的方法考察H在ScAl3团簇不同位置吸附时与ScAl3团簇的相互作用以及饱和吸附度。通过成键轨道电荷分析以及静电势叠加电荷密度曲线,发现ScAl3相具有更大的极化作用,且Sc原子相对于Al原子带有更多负电荷及电荷密度值。H2 在Sc顶位吸附并解离形成Sc–H–Al桥键结构。通过连续的H2 在ScAl3团簇的吸附来研究其饱和吸附度。在Sc原子位,第一个H2分子发生解离吸附后,再增加H2的量导致最大H2吸附量为6 H2分子,形成稳定的ScAl3H12结构。为了研究此过程机制,H2 在ScAl3团簇吸附分解的过渡态及活化能均进行了研究。

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题目:采用修订模型预测亚稳态fcc、bcc和hcp结构的自扩散系数
摘要:
    一个修订的模型被用来预测亚稳态fcc、bcc和hcp结构的自扩散系数D,通过输入晶格参数及熔点数据,这两个数据是可以通过第一性原理计算和相图计算(CALPHAD)分别得到。本文对hcp结构扩散系数的各相异性以及不同结构化学成键的不同情况进行了考察,如分别计算了Al, Nb, Zn, Au, Ag, Cr, Mo, Ru, Tc 和 Sn在fcc、bcc以及hcp结构的自扩散系数,并考虑相应的影响因子。

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题目:以染料为基础的Hg2+化学传感器的性质及特征
摘要:
依赖于对称SQ染料2,4-bis((3,3-dimethylindolin-2-ylidene)methyl)cyclobutane-1,3-bis(olate)的化学传感器被合成出来,同时通过紫外-可见谱考察了其在乙腈(acetonitrile)中的阳离子传感性质。添加Hg2+离子后,SQ染料溶液产生了明显变色现象,吸附研究表明了其对Hg2+离子具有较强亲合能力,形成2:1的复合物,与实验结果一致。在乙腈溶液中Hg2+离子的选择检测造成了 λmax =650吸收波长的显著降低。

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题目:设计并合成检测重金属离子的以罗丹明6G为基础的新型化学传感器
摘要:
罗丹明6G染料族是一种非常重要的有机染料材料并广泛研究。有机染料因为具有明显的光吸收、发射性质在光催化领域中的潜在价值被人们广泛关注。在本文中,通过罗丹明6G酰肼和indole-3-carboxaldehdyde反应设计并合成了以罗丹明6G及其衍生物为基础的新颖的荧光染料,此化学传感器的吸收及荧光发射谱的结果决定了其对Hg2+离子的敏感性,采用Job's方法考察了化学传感器1与Hg2+的结合率,并通过计算表征了染料的电子密度和能态组分。

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题目:CO在Ag掺杂的Au纳米颗粒上的氧化过程研究
摘要:
    本文通过密度泛函理论考察了CO在带正负电荷的孤立的立方八面体结构Au13 和 Au12Ag纳米颗粒上的吸附行为。其中,纳米颗粒所带的电荷改变了Au13 和 Au12Ag纳米颗粒的结构稳定性以及电子在核、壳原子上的分布状态。在Au12Ag纳米颗粒上,Ag的掺杂改善了CO或者O2 的吸附作用。对于Au13 颗粒而言,CO预先吸附增加了CO和O2共吸附的能力,结果与Au12Ag纳米颗粒正好相反。中性的Au13 和 Au12Ag纳米颗粒显示了较差的CO氧化反应能力,而通过增加额外电子改善了这一状况。比较CO在Ag掺杂以及未掺杂的Au纳米颗粒上的氧化结果,发现Ag的掺杂降低了第一反应能垒Ea,稍微增加了第二反应能垒Eb,本文在理解额外电荷如何对吸附活性的影响以及为什么Ag掺杂的Au纳米团簇的催化活性优于Ag或者未掺杂的立方八面体Au团簇上提供理论支持。

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题目:苯胺在高压下的氢键的变化以及相稳定性研究
摘要:
    结合苯胺-h7相单晶XRD数据和苯胺-d7相中子衍射数据对苯胺的两个结晶相进行研究。Phase-I是通过在一定压力下液体的冷却得到的,属于单斜晶系(P21/c);正交晶系(Pna21) phase-II是在室温和0.84 GPa下结晶的,结构性质一直在7.3 GPa仍有体现。这两相中分子间相互作用最强的是NH…π 键和 NH…N氢键。这些相互作用体现在两相的层间,而相的不同则在于层的堆放方式不同。中子衍射以及单晶XRD表明,两相的结构是通过两组恒定的条件(室温下0.84 GPa 和0.35 GPa)分别得到的。在0.84 GPa 下phase-II 由于比phase-I 具有更低的摩尔体积是一个热力学稳定相,同样的,随着压力的减小,phase-I拥有了比phase-II更小的摩尔体积,以至于在0.35 GPa下phase-II转变为phase-I结构。 PIXEL 计算表明,phase-I和0.84 GPa下phase-II通过H键连接的一对分子间相互作用能为−9 到−16 kJ mol−1 ,但是在phase-II为7.3 GPa下,能量变为+1 kJ mol−1很不稳定,使得其类似于数个被压缩的CH…π作用。结果表明了压力如何控制分子间相互作用能类型,当使一个H键超过了其环境压力距离,限制其势能排斥区域,使其类似于一个被压缩的晶体结构。

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题目: Ti基金属玻璃块体局部结构
摘要:
最近,研究人员用电子能谱对Be掺杂Ti 基金属玻璃进行化学分析,用拉曼散射研究了定向键和中程有序度。拉曼结果显示玻璃化转变能力的相关系数,这也可以解释Be掺杂的Ti基金属玻璃的玻璃化转变能力的提高此外,拉曼散射谱表明,相比晶体样本,玻璃态样本具有更大的平均键长以及更大含量的局域键扭曲。

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题目:以苯并三唑为基础不同烷基侧链供体-受体型半导体聚合物做为光伏器件的研究
摘要:
一系列由苯并三唑和苯并[1,2-b:4,5-b′] dithiophene衍生物为主要成分的用于有机光伏器件的低能隙聚合物通过Stille交叉偶联反应合成得到。苯并三唑基受体单元引入了线形或者支状烷基官能团,苯并[1,2-b:4,5-b′] dithiophene供体单元引入了烷氧基或者alkylthiophene官能团。本文研究了供体-受体低能隙聚合物结构修正对光伏性质的影响。合成的聚合物可溶解与一般的有机溶剂,聚合物溶液可以通过旋转涂膜法形成光滑平整的薄膜。合成的聚合物展现出很好的热学稳定性,当加热到大约300 °C时,热失重不到5%,在聚合物骨架中的电子供体与电子受体之间的分子内的电荷转移导致了从300 -650 nm范围内广谱的吸收。不同聚合物结构测量得到的光学带隙能为2.03–1.90 eV。聚合物溶液法得到的场效应晶体管做为p-型通道材料,采用[6,6]-苯基- C71-丁酸甲酯 (PC71BM)聚合物合成的体异质结光伏器件可作为电子受体。制造的器件在AM 1.5 G (100 mW/cm2)条件下表现出最大3.20%的功率转换效率。

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GULP
题目:A 位稀土离子大小对控制Ba1 - xRExTi1 - x/4O3 居里温度的影响。

摘要:
    本文报导了Gd- 和 La 掺杂到BaTiO3 的 A 位,进而产生 Ti 空位的缺陷结构。稀土阳离子团簇在空位附近。缺陷团簇引起的局部弛豫导致近TiO6八面体的扭曲和倾斜,这是由于增加的杂质浓度降低了居里温度的原因。La的掺杂观察到了八面体较大的扭曲,这源于Tc 较大的降低,这与实验上观察到的La 掺杂样品和 Gd 掺杂样品比较的实验结果一致。

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