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对定向凝固包晶合金在不同生长条件下, 初生相和包晶相分别作为单相和充分形核相以低速平界面生长时, 从初始到稳态的整个过渡区间, 两相在界面及界面前沿液相中的溶质分布进行了分析. 利用充分形核假设和成分过冷准则以及相稳定生长的最高界面温度判据, 分析了初始过渡区内可能发生的第二相形核转变, 确定了形成带状组织的成分条件. 考虑到相生长的历史相关性, 将带状组织区分为周期性带状组织区和单一带状组织区, 更能够对实验现象进行合理的解释. 对Ti--Al合金的计算结果与理论分析一致.

关键词: 包晶合金 , directional solidification , band structure

纤锌矿和岩盐结构ZnO的相变、弹性性质和电子结构研究

费英 , 成爽 , 史力斌 , 袁宏宽

人工晶体学报

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势(USP)方法,结合广义梯度近似(GGA)计算了岩盐结构(B1)和纤锌矿结构(B4)ZnO的相变、弹性性质,并分析了B1和B4相ZnO在相变点处的电子结构特征.计算结果表明:ZnO在12.72 GPa时发生了由B4相向B1相的转变.B1和B4相ZnO的体弹性模量分别为171.5 GPa和132.8 GPa.能带结构的结果表明B1相是间接带隙半导体,带隙值为1.404 eV,而B4相是直接带隙半导体,带隙值为1.107 eV.

关键词: 第一性原理 , 相变 , 弹性性质 , 态密度 , 能带结构

布拉格型声子晶体弦的横向振动带隙研究

舒海生 , 董立强 , 李世丹 , 刘伟 , 林航

人工晶体学报

从弦的波动方程出发,采用传递矩阵法,分析了无限周期的布拉格型声子晶体弦的横向振动能带结构.研究表明布拉格型声子晶体弦具有横向振动带隙,弦内拉力对带隙特性有显著影响,可以方便地用于带隙调节.利用有限元软件和Matlab软件对有限周期的布拉格型声子晶体弦的横向振动传输特性分别进行了仿真和数值计算,结果表明带隙范围内表现出明显的振动衰减,不同拉力条件下的带隙变化也很好地验证了理论分析结果.

关键词: 声子晶体 , 弦 , 传递矩阵法 , 能带结构 , 带隙

Cr掺杂AlN半导体电磁性质的第一性原理研究

樊玉勤 , 王新强 , 王连轩 , 胡凯燕

材料导报

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,在广义梯度近似(GGA)下分别计算了无掺杂和掺杂过渡金属Cr原子的AlN半导体的电磁性质,结果表明,掺杂后AlN由半导体转变为半金属,并具有较宽的半金属能隙.当掺杂浓度为25%、12.5%、5.6%时,半金属能隙分别为0.8eV、1.1eV、1.2eV.以掺杂浓度为12.5%的Cr-AlN(2×2×1)为例,详细分析了其能带结构、态密度分布和电子布居数以及磁矩等.

关键词: AlN , 电磁性质 , 能带结构 , 态密度

可见光活性氮掺杂纳米二氧化钛研究进展

曹文斌 , 许军娜 , 刘文秀 , 孙芃 , 张欣

材料工程 doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2015.03.015

氮掺杂可拓宽TiO2的光响应范围和实现可见光响应、增强其对太阳光能的利用和提高它的光催化效率而成为该领域关注的焦点.本文综述了氮掺杂对TiO2能带结构的影响及氮掺杂纳米TiO2薄膜和粉体的制备方法等方面的研究进展,总结了该领域研究中亟待解决的问题并对今后的发展提出了作者的思考.

关键词: 氮掺杂二氧化钛 , 能带结构 , 制备方法 , 可见光

Fe对InP材料电子结构及光学性质的调控机理研究

周祎 , 张昌文 , 王培吉

人工晶体学报

采用基于密度泛函理论的线性缀加平面波(FLAPW)方法,研究了3d族过渡金属元素Fe对Ⅲ-Ⅴ族半导体InP的电子结构和光学性质的调控机理,并对其能带结构和电荷密度分布进行了分析.结果表明,InP为直接带隙半导体,其价带主要由P-3s和3p态构成,而导带则由In-5s电子态构成.当Fe元素替代In原子后,由于Fe和P原子的轨道杂化作用,InP带隙中出现杂质态,Fe-3d态产生自旋极化效应.随着Fe的掺杂浓度增大,Fe-P原子之间轨道杂化作用明显增加,费米能级逐渐进入价带,这导致了材料的电子跃迁几率提高,光学吸收边明显增强,跃迁峰发生红移.

关键词: 能带结构 , 态密度 , 光学性质 , 介电函数

二维嵌套复式结构声子晶体的带隙研究

胡家光 , 张晋 , 敬守勇

人工晶体学报

用小尺寸多圆柱阵列替代简单晶格中的每个单圆柱基元,构成一种全新的嵌套复式正方周期结构二维声子晶体.借助于平面波法计算了其带隙结构,得出了带隙分布图,讨论了基元阵列的内组合方式及总填充率对带隙范围和带隙数目的影响,并与简单晶格进行比较,从理论上验证了嵌套复式声子晶体利用小尺寸圆柱阵列展宽带隙及增加带隙数目的可行性.

关键词: 声子晶体 , 能带结构 , 带隙 , 平面波法

基于第一性原理的尖晶石锰酸锂电池掺杂研究

王延庆 , 王中明 , 郭华强 , 朱冠宇 , 张鑫 , 冯福中

材料导报

采用基于泛函理论的第一性原理,应用超软赝势平面波法对LiMn2 O4以及Ni2+掺杂的LiMn2 O4的能带结构、态密度进行研究.理论计算表明:LiMn2 O4是导体材料,Mn位掺杂Ni2+可以减小LiMn2 O4的能带间隙,缩短Mn-O键长,降低Li-O键能,提高LiMn2 O4的电子电导率以及锂离子的扩散速率.电子态密度分析发现:由于Ni-3d轨道的诱导作用,出现了新的O-2p轨道,Li脱出时获得的电子主要是由费米能级附近O-2p能带提供,因此掺杂Ni2+能提高LiMn2O4的导电性能.相关实验结果表明,掺杂Ni2+的LiMn2 O4具有优良的电化学性能,与理论计算结果非常符合.

关键词: 第一性原理 , 锂离子电池 , 能带结构 , 密度泛函理论

掺杂单层MoS2电子结构的第一性原理计算

伏春平

材料工程 doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2016.12.013

采用第一性原理研究Cu ，Ag ，Au掺杂单层MoS2的键长畸变、能带结构和态密度。探讨Cu ，Ag ，Au掺杂对单层MoS2电子结构的影响。结果表明：Cu ，Ag ，Au在S位掺杂的杂质能都低于在Mo位掺杂的杂质能，其在S位掺杂的体系的稳定性强于在Mo位掺杂的体系。在S位掺杂时，杂质与最近邻的Mo ，S原子的键长都发生了畸变，畸变率最大的是 dAu‐Mo ，达23．8％。与单层MoS2的超胞相比，掺杂体系的禁带中出现了4条新能级，导带和价带的能量向低能区移动。杂质原子周围存在着电荷聚集，同时也存在电荷损失。

关键词: M oS2 , 能带结构 , 态密度 , 掺杂 , 第一性原理