高压下钙硅碳三元化合物的第一性原理计算
发布时间：2022-01-17 18:54
物质在高压的作用下,会发生结构、力学性质、光学性质、电学性质的改变。但实验周期长、表征要求高等缺点,使得高压实验的弊端显现出来。这时,为了更好的探索高压下物质的物理化学性质,材料计算模拟方法被广泛应用到高压科学中来。基于之前的研究报道,我们可知Ca-Si二元体系中的CaSi2在15 GPa下会呈现超导现象,Tc=14 K;而β-SiC具有较高的硬度,并且其也成为第三代半导体的候选材料;对于二元化合物Ca-C具有优异的机械性能,并广泛应用于工业生产中。由此,激起我们探索三元Ca-Si-C体系的高压相图。从之前Ca-Si-C体系的实验和理论工作发现,Ca元素主要通过吸附和掺杂的方式进入SiC中,并且Ca元素的加入对其体系的电子性质、磁性等方面有很大影响。本文中我们预探索三元Ca-Si-C体系及其性质,通过基于粒子群优化算法的CALYPSO并结合第一性原理计算软件包对钙硅碳三元化合物的高压相进行晶体结构预测,主要工作如下:（1）利用CALYPSO结构预测软件探索在0～400 GPa压力范围内,Ca-Si-C体系的结构相变。通过计算可得,CaSiC的...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验、计算模拟和理论关系图
第1章绪论-3-计算材料科学让我们对于材料的研究不仅仅停留在实验结果，而是提出一些深入的理论，为更好的设计材料提供新方向，具有前瞻性、方向性、创新性。实验-计算模拟-理论三者之间的关系可以用图1-1来表示，三者相互结合是未来材料科学发展的重要基矗计算材料学与实验都是研究材料的重要手段，随着计算机的快速发展，计算材料科学也迎来了更光明的前景和应用。图1-1实验、计算模拟和理论关系图计算材料科学的分类根据所计算的对象、条件、要求等因素，一般来说分为两种，一是按理论模型和方法分类，二是按照材料计算的特征空间尺寸分类。本文按照计算材料科学的不同理论模型方法对第一性原理方法、分子动力学方法和蒙特卡洛方法这三种方法进行阐述，选取的原则和条件如下图所示。图1-2计算材料学方法与空间、时间尺寸对应关系第一性原理（FristPrinciple）是从量子力学理论出发的方法，是一种“自下而上”的方法，它有狭义和广义两种定义，狭义指基于Hatree-Fock自洽场计算方法的“从
燕山大学工程硕士学位论文-4-头算”（abinitio），广义的第一性原理在此基础上还包含密度泛函理论（DFT）计算。如图1-3所示，从理论的角度来说，第一性原理仅需要原子精细的结构参数、电子质量及带电量、原子核质量及电量、普朗克常量和光速这几个已知的参数，得到材料所有的基态性质，中间的过程可以理解成是求解薛定谔方程。求解薛定谔方程的过程遵循原子核和电子作用的原理及其基本运动规律，过程运用几个近似处理，此过程也就是所谓的“从头到尾”。但在实际操作中，除了第一性原理要求的已知参数外，我们还常加入一些“经验参数”，这些参数通常来源于前人已知的、通过大量实例验证的规律，或者来自于实验领域最直接的结果，这样的方法通常称之为“半经验的”，它能有效地减少计算资源的损耗，进而保证计算工作在最优化的条件下进行。图1-3第一性原理流程图分子动力学（MolecularDynamics，简称MD），是从经典物理的统计力学出发，它通过对分子间相互作用势函数及运动方程的求解，分析其分子运动的行为规律，模拟体系的动力学演化过程，然后给出微观量（如：分子的坐标与速度等）与宏观可观测量（如：体系的温度、压强、热容等物理量）之间的关系，从而研究复杂体系的平衡态性质和力学性质，是研究材料内部流体行为、通道运输等现象有效的研究手段。分子动力学的基本思想是：根据玻恩-奥本海默近似，可以将原子核与电子分离开，再将原子核假设为组成体系的经典粒子进行研究。分子动力学的流程草图如图1-4，势函数（也称之为“力潮）的选取对分子动力学的结果非常重要，加之分子动力学对计算资源的消耗非常大，一个常见的分子动力学程序往往要跑一周以上，因此合理选取势函数、正确使用算法也成了分子动力学实际操作中的重点。对于势函数的?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Magnetism induced by nonmagnetic dopants in zinc-blende SiC: First-principle calculations[J]. LIU ZhaoQing & NI Jun Department of Physics and Key Laboratory of Atomic and Molecular Nanoscience (Ministry of Education), Tsinghua University, Beijing 100084, China. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2010(01)
[2]高压物理学及其应用[J]. 赵明旭. 现代物理知识. 2000(S1)
[3]一个等温状态方程（Ⅲ）——高压下材料的稳定性[J]. 何寿安,徐济安. 物理学报. 1979(04)
本文编号：3595258
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验、计算模拟和理论关系图
第1章绪论-3-计算材料科学让我们对于材料的研究不仅仅停留在实验结果，而是提出一些深入的理论，为更好的设计材料提供新方向，具有前瞻性、方向性、创新性。实验-计算模拟-理论三者之间的关系可以用图1-1来表示，三者相互结合是未来材料科学发展的重要基矗计算材料学与实验都是研究材料的重要手段，随着计算机的快速发展，计算材料科学也迎来了更光明的前景和应用。图1-1实验、计算模拟和理论关系图计算材料科学的分类根据所计算的对象、条件、要求等因素，一般来说分为两种，一是按理论模型和方法分类，二是按照材料计算的特征空间尺寸分类。本文按照计算材料科学的不同理论模型方法对第一性原理方法、分子动力学方法和蒙特卡洛方法这三种方法进行阐述，选取的原则和条件如下图所示。图1-2计算材料学方法与空间、时间尺寸对应关系第一性原理（FristPrinciple）是从量子力学理论出发的方法，是一种“自下而上”的方法，它有狭义和广义两种定义，狭义指基于Hatree-Fock自洽场计算方法的“从
燕山大学工程硕士学位论文-4-头算”（abinitio），广义的第一性原理在此基础上还包含密度泛函理论（DFT）计算。如图1-3所示，从理论的角度来说，第一性原理仅需要原子精细的结构参数、电子质量及带电量、原子核质量及电量、普朗克常量和光速这几个已知的参数，得到材料所有的基态性质，中间的过程可以理解成是求解薛定谔方程。求解薛定谔方程的过程遵循原子核和电子作用的原理及其基本运动规律，过程运用几个近似处理，此过程也就是所谓的“从头到尾”。但在实际操作中，除了第一性原理要求的已知参数外，我们还常加入一些“经验参数”，这些参数通常来源于前人已知的、通过大量实例验证的规律，或者来自于实验领域最直接的结果，这样的方法通常称之为“半经验的”，它能有效地减少计算资源的损耗，进而保证计算工作在最优化的条件下进行。图1-3第一性原理流程图分子动力学（MolecularDynamics，简称MD），是从经典物理的统计力学出发，它通过对分子间相互作用势函数及运动方程的求解，分析其分子运动的行为规律，模拟体系的动力学演化过程，然后给出微观量（如：分子的坐标与速度等）与宏观可观测量（如：体系的温度、压强、热容等物理量）之间的关系，从而研究复杂体系的平衡态性质和力学性质，是研究材料内部流体行为、通道运输等现象有效的研究手段。分子动力学的基本思想是：根据玻恩-奥本海默近似，可以将原子核与电子分离开，再将原子核假设为组成体系的经典粒子进行研究。分子动力学的流程草图如图1-4，势函数（也称之为“力潮）的选取对分子动力学的结果非常重要，加之分子动力学对计算资源的消耗非常大，一个常见的分子动力学程序往往要跑一周以上，因此合理选取势函数、正确使用算法也成了分子动力学实际操作中的重点。对于势函数的?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Magnetism induced by nonmagnetic dopants in zinc-blende SiC: First-principle calculations[J]. LIU ZhaoQing & NI Jun Department of Physics and Key Laboratory of Atomic and Molecular Nanoscience (Ministry of Education), Tsinghua University, Beijing 100084, China. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2010(01)
[2]高压物理学及其应用[J]. 赵明旭. 现代物理知识. 2000(S1)
[3]一个等温状态方程（Ⅲ）——高压下材料的稳定性[J]. 何寿安,徐济安. 物理学报. 1979(04)
本文编号：3595258
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/3595258.html
