金硅合金晶体结构与性质的理论研究

发布时间：2017-08-05 16:24

  本文关键词：金硅合金晶体结构与性质的理论研究

  更多相关文章： 金硅合金 晶体结构 遗传算法 密度泛函 结构稳定性

【摘要】：本文根据研究现状与计算条件选取了12个特殊组分的金硅合金:12.5%,25.0%,33.3%,37.5%,50.0%,57.1%,60.0%,62.5%,66.7%,75.0%,80.0%和87.5%对金硅体系进行了全面深入的研究。基于当代计算机强大的运算能力,采用GA与第一性原理相结合的方法对这12个组分进行了系统性的全局结构搜索。鉴于金硅体系的复杂性,为了保证搜索的全面采取了无差异对待的思想,在结构搜索过程中对布拉维格子类型、原子位置、晶胞的维度与尺寸都没有任何限定,晶胞内的初始原子位置都是随机生成的,化学计量比是唯一的已知信息。历经10万余结构的搜索得到了每个体系的低能量结构,绘制出了金硅体系完整的结合能曲线,然后对结合能曲线进行了全面系统的分析,并得出3条重要结论:1.大部分的金硅化合物都很难稳定存在;2.金含量为50%时可形成最稳定的金硅化合物;3.富金的比富硅的金硅化合物更易于存在。基于计算结果和以上3条重要结论筛选出了搜索结果中符合结合能为负值且处于结合能曲线极小值点的3个有可能稳定存在的体系:50.0%,66.7%和80.0%,对其低能量结构的结构特征进行了详细分析并通过计算结合能,声子带结构和弹性常数来验证结构的稳定性,结果显示#63 CMCM Au8Si8,#20 C2221 Au16Si8和#121I-42M Au8Si2 3个结构均满足热力学稳定性、动力学稳定性和力学稳定性,因此50.0%,66.7%和80.0%3个体系的低能量合金结构有稳定存在的可能。通过计算这3个结构的电子性质验证了富金的金硅合金更偏向于金的性质。最后基于金硅体系完整的结合能曲线定性解释了金在实验上用于生长硅纳米线的机理。为金硅合金在实际中的应用提供了有价值的理论信息。
【关键词】：金硅合金 晶体结构 遗传算法 密度泛函 结构稳定性
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.31;TN304
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 绪论7-9
• 1.1. 金硅体系的研究进展7-8
• 1.2. 本文研究思路及内容8-9
• 第二章 理论基础9-34
• 2.1. Hartree-Fock方法9-16
• 2.1.1. Hartree-Fock方程9-12
• 2.1.2. 组态相互作用12-13
• 2.1.3. 耦合簇方法13-14
• 2.1.4. 微扰理论14-16
• 2.2. 密度泛函理论16-23
• 2.2.1. 密度泛函思想17-18
• 2.2.2. Thomas-Fermi模型18-20
• 2.2.3. HK定理20
• 2.2.4. Kohn-Sham方程20-21
• 2.2.5. 局域密度近似21-22
• 2.2.6. 广义梯度近似22
• 2.2.7. 杂化泛函22-23
• 2.3. 平面波方法23-34
• 2.3.1. 近自由电子近似23-24
• 2.3.2. 紧束缚近似24-26
• 2.3.3. 正交化平面波方法26
• 2.3.4. 赝势26-28
• 2.3.5. 缀加平面波法28-29
• 2.3.6. 模守恒赝势29-30
• 2.3.7. 超软赝势30-31
• 2.3.8. 投影缀加平面波势31-34
• 第三章 金硅合金晶体结构与性质的理论研究34-51
• 3.1 计算方法34-35
• 3.2 计算结果与讨论35-46
• 3.2.1 50%体系39-41
• 3.2.2 57.1%和 80%体系41-42
• 3.2.3 33.3%和 66.7%体系42-45
• 3.2.4 其他体系45-46
• 3.3 结构的稳定性与性质46-49
• 3.4 硅纳米线生长机理解释49
• 3.5 小结49-51
• 第四章 总结与展望51-53
• 参考文献53-55
• 附录55-67
• POSCARVol.cpp55-61
• POSCARBL.cpp61-67
• 攻读学位期间的研究成果67-68
• 致谢68-69

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