MSi(M=Na,K)电子结构的第一性原理研究

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La_3MgNi_(14)电子结构的第一性原理研究

长久以来，寻找新型储氢材料方面，内外在国
根据实验数据建立计算模型，ａＭｇｉ为Ｌ，Ｎ。
Ｃｉ型晶体结构，间群为Ｐ３ｍ，ｅＮ空６／ｍｃ晶格常数：
ａ＝ｂ＝５．８Ａ，０２２ｃ＝２２０２Ａ。Ｏ＝９，＝４．３ｔ＝０。
１０，ａＭｇｉ晶体学结构常数如表１２。Ｌ。Ｎ４．
表１Ｌ３Ｎｉ晶体学结构常数ａＭｇｌ４
Ｔｂ１Ｃｒｓａｌｇａｈｃｐｒｍｅｅｓｏ３ｇｌａ．ｙｔｌｒｐｉａａｔｒｆＬａＮｉｏＭ４
第３３卷
第４期
太
原
科
技
大
学
学
报
Ｖ１３Ｎ．ｏ．３ｏ４
Ａｇ２１ｕ．０２
２１０２年８月
ＪＵＮＬＯＡＹＡＮＶＲＩＹＯＣＥＣＮＥＨＯＯＹＯＲＡＦＴＩＵＮＵＩＥＳＴＦＳＩＮＥＡＤＴＣＮＬＧ
本文采用基于密度泛函的第一原理平面波赝势计算法，其微观电子结构加以研究＿。对７剖
ＮｉＮｉＮｉ
４ｆ６ｈ１ｋ２
０３３３．３０８４１ பைடு நூலகம் ３０８７１．２
０６６７．６０６８２．６０．５６４２
作者简介：邵爽（９４一）男，１８，硕士研究生，研究方向为功能材料；通信作者：张敏刚，教授， — ａｌｍｚａｇ６．ｏＥｍｉ：ｇｈｎ＠１３ｃｍ

第一性原理计算

第一性原理计算引言第一性原理计算是一种基于量子力学原理的计算方法，用于研究材料的性质和行为。

它通过解析薛定谔方程，从头开始计算材料的性质，而不依赖于经验参数或已知的实验数据。

这使得第一性原理计算成为研究材料性质的重要工具，也为材料设计和开发提供了新的途径。

原理和方法第一性原理计算的核心是薛定谔方程的求解。

薛定谔方程描述了量子力学系统的行为，通过求解薛定谔方程可以得到体系的能量、电子结构、晶体结构、力学性能等信息。

然而，薛定谔方程的精确求解是不可行的，因此需要使用一些近似方法来简化计算过程。

其中最常用的方法是密度泛函理论（DFT）。

密度泛函理论的基本思想是将体系中的电子密度视为基本变量，通过最小化体系的总能量来确定电子密度。

这可以通过Kohn-Sham方程来实现，其中包括了交换-相关能的近似处理。

通过求解Kohn-Sham方程，可以得到体系的电子结构和能量。

此外，还有一些其他的方法被用于提高计算精度，如GW近似、自洽Poisson方程、多体微扰理论等。

这些方法的选择取决于研究问题的特点和需要。

应用领域第一性原理计算在材料科学、物理学和化学等领域有着广泛的应用。

1.材料设计：第一性原理计算可以用于预测新材料的性质，从而加速材料的设计和开发过程。

它可以通过计算和优化材料的能带结构、晶体结构等来寻找具有特定性能的材料。

2.反应动力学：第一性原理计算还可以用于研究化学反应的动力学过程。

通过计算反应的势能面和反应路径，可以预测反应速率和产物选择性。

3.催化剂设计：催化剂是许多化学反应中的关键组分。

第一性原理计算可以帮助设计和优化催化剂的表面结构和活性位点，从而提高催化剂的效率和选择性。

4.电子器件：第一性原理计算在电子器件领域的应用也日益重要。

它可以用于模拟和优化半导体器件的性能，如晶体管、太阳能电池等。

5.生物物理学：第一性原理计算在生物物理学研究中也发挥着重要作用。

它可以用于预测蛋白质的结构和稳定性，研究生物分子的相互作用以及药物分子的设计等。

第一性原理方法介绍

摘要碳纳米管是近年来材料界以及凝聚态物理研究的前沿和热点。

由于其具有介观尺度及奇异的物理化学性能而被认为极具理论研究价值；从实际应用的角度来看,碳纳米管直接与纳米技术相关联,也倍受人们关注。

通过如STM、Raman,吸收谱等实验,人们已经初步了解了碳纳米管的众多奇特结构和性能。

为了能更进一步弄清碳纳米管的结构和物理特性,理论模拟就显得非常必要。

基于密度泛函的第一性原理,本文研究了钙掺杂对碳纳米管吸附二氧化碳性能的影响。

关键词：密度泛函理论,第一性原理,碳纳米管, 电子结构引言一、计算物理学简介计算物理学是利用电子计算机进行数据采集、数值计算和数字仿真来发现和研究物理现象与物理规律的一门现代交叉学科。

计算物理学中的一个重要的研究领域是凝聚态体系的电子结构。

由于物质所表现出的许多宏观物理特性,比如超导电性、半导体发光特性、过渡金属的磁性等都和体系的微观电子结构密切相关,并主要由电子的行为所决定,因此研究物质的电子结构是求解相互作用的多电子体系问题。

其实质是一个多体问题的研究。

对于这样一个复杂多体问题的研究,密度泛函理论(DFT)为人们提供了一个较为有效的解决办法。

以密度泛函理论(DFT)为基础以及在此基础上发展起来的简单而具有一定精度的局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)的第一性原理电子结构计算方法,与传统的解析方法一样,不但能够给出描述体系微观电子特性的物理量如波函数、态密度、费米面、电子间互作用势等,以及在此基础上所得到的体现体系宏观物理特性的参量如结合能、电离能、比热、电导、光电子谱、穆斯堡尔谱等等,而且它还可以帮助人们预言许多新的物理现象和物理规律。

密度泛函计算的一些结果能够与实验直接进行比较,一些应用程序的发展乃至商业软件的发布,导致了基于密度泛函理论的第一原理计算方法的广泛应用。

通过计算,人们可以分析某种结构模型对应的物理现象,可以预言有关材料的结构和稳定性等,可以人为设计具有人们希望的物理性能的结构材料。

ATaO_3(A=K,Na)电子结构和光学性质的第一性原理研究

群选择立方相的Ｐ３控制基函数集大小的收敛参数Ｒｍａｏｒ，ｋｘ设置为８０布里渊区选取Ｋ点数设置为４０．，０．
摘要：用第一性原理广义梯度近似（Ａ）的全电势线性缀加平面波（ＰＬＰ）法采ＧＧ下Ｆ —ＡＷ方计算出立方相ＡＴＯ（ａ。Ａ— Ｋ，）电子能带结构、密度，现了其光学性质．过对两种材料Ｎａ的态发通
铁电体是一类特殊的电介质材料，具有许多优良的性质和效应，如铁电畴的开关效应、电效应、压热释电效应、电光效应、声光效应、光折变效应以及非线性光学效应等【．１所有这些特性，］使得铁电体在红外探测器、声纳探测器、压电振荡器、非线性光学器件与铁电存储器等方面得到了非常广泛的应用心．］因此从理论上研究铁电材料的光学性质、电性、铁疲劳性、电性与内部微观电子结构的关系具有重要的意义．漏目前第一性原理广义梯度近似（ＧＡ）Ｇ下的全电势线性缀加平面波（ＰＬＷ）Ｆ — ＡＰ方法已经广泛应用于计算材料的电子能带
２１Ｏ０年１２月
ＤＥＣ．Ｏ１２Ｏ
ＡＴａ（ｏ３Ａ—Ｋ，）子结构和光学性质的第一性原理研究Ｎａ电
赵娜，月花，王张吴，新印赵
（中国矿业大学理学院，苏徐州２１１）江２１６

尖晶石型软磁铁氧体晶体结构及电子结构的第一性原理研究

理学硕士学位论文尖晶石型软磁铁氧体晶体结构及电子结构的第一性原理研究马琳琳哈尔滨理工大学2010年3月国内图书分类号：TQ170.1理学硕士学位论文尖晶石型软磁铁氧体晶体结构及电子结构的第一性原理研究硕士研究生：马琳琳导师：姜久兴申请学位级别：理学硕士学科、专业：凝聚态物理学所在单位：应用科学学院答辩日期：2010年3月授予学位单位：哈尔滨理工大学Classified Index：TQ170.1Dissertation for the Master Degree in EngineeringResearch on Precision Phase-shiftControl SystemCandidate：Ma LinlinSupervisor：Jiang JiuxingAcademic Degree Applied for：Master of ScienceSpecialty：Condensed matter physicsDate of Oral Examination：March, 2010University：Harbin University of Science andTechnology哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《尖晶石型软磁铁氧体晶体结构及电子结构的第一性原理研究》是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。

据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。

对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。

本声明的法律结果将完全由本人承担。

作者签名：日期：年月日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《尖晶石型软磁铁氧体晶体结构及电子结构的第一性原理研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。

本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。

3.-纳米功能材料理论基础PPT课件

局限性在于能够处理的系统的大小有限，计算所需要的CPU时间和存储器容量随着系统中电子数的增加而急剧增加，能够处理的原子数量一般在1000个原子以内。
只能研究尺寸较小的纳米结构，或得到局部性质，如表面/界面等。
7
-
泛函密度理论的框架
物质的电子结构由多粒子体系哈密顿函数和薛定格方程描述
通过Born-Oppenheimer 近似，实现离子和电子自由度的分离
ZnO纳米线激子束缚能与半径的关系(a) L=0轻空穴 (b) L=±1重空穴。
1s，2s和3s分别对应于基态，第一激发态和第二激发态的结合能。
32
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Z方向波函数的平方在Z方向的分布
33
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• 沿Z方向的波函数的平方在Z方向的分布，其中的实线代表考虑了介电失配的结果，而虚线代表没有考虑介电失配的结果。
26
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缺陷对ZnO纳米线能带结构的影响
存在VZn, Pi, Oi, PZn-2VZn, VO和 Zni缺陷时ZnO纳米线的 27 - 电子能带结构图。费米能级设定为零。
掺杂对电子结构的影响（费米面处态密度分布）
用SIESTA软件计算的Na、Ga和N掺杂ZnO纳米线在费米面附近的态密度分布的等高面
带隙与表面原子比
近似线性关系表明带隙随纳米线直径的变化是由表面原子引 21 - 起的。Eg～d的关系可以用来调控发光波长。
Eg与纳米带度/厚度的关系
ZnO纳米带的LDA带隙宽度（EgLDA）随纳米带截面积的尺寸相关变化。 (a)点线连接具有相同宽度不同厚度的纳米带，A、B、C代表具有相近
截面积，但不同禁带宽度的情况
(b) 点线连接具有相同厚度不同宽度的纳米带
22
-

电子结构计算与第一性原理

电子结构计算与第一性原理最近几十年，电子结构计算与第一性原理成为了凝聚态物理和材料科学领域的重要研究工具。

通过计算原子与电子之间的相互作用，我们可以预测和解释物质的性质和行为，从而为新材料的设计与合成提供指导。

第一性原理是指通过解方程并忽略任何经验参数或实验数据，仅仅以基本的物理定律来描述和预测物理体系的性质。

这种方法的根基是量子力学的理论框架，以薛定谔方程为基础。

它能够全面而准确地描述电子在原子、分子、晶体和其他凝聚态系统中的运动和相互作用。

电子结构计算是通过求解薛定谔方程来分析和计算物质的电子能级和波函数。

薛定谔方程是描述波粒二象性的基本方程，通过求解薛定谔方程，我们可以得到电子波函数，进而得到电荷密度、能带结构、分子轨道等信息。

这些信息对于解释材料的结构、磁性、光学性质等起着至关重要的作用。

在电子结构计算中，常用的方法有密度泛函理论(DFT)、Hartree-Fock方法、以及重N粒子模型等。

密度泛函理论是由Hohenberg和Kohn于1964年提出的，它以电子密度作为中心变量，将多体系统的能量泛函化，从而简化了计算的复杂性和计算量。

DFT方法根据能量泛函的表达形式的不同，又可以分为局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)等不同的近似方法。

尽管密度泛函理论等方法使电子结构计算变得更加高效和准确，但是由于计算复杂度的限制，原则上仍然无法精确地求解多电子薛定谔方程。

因此，许多研究人员和科学家致力于改进和发展可行的近似方法，以及利用计算力的提升来推进电子结构计算技术的发展。

除了电子结构计算方法的发展，计算资源的提升也极大地推动了电子结构计算技术的进步。

在过去的几十年里，计算机的性能和存储容量不断提高，高性能计算机和量子计算机的出现使得更大规模的电子结构计算成为可能。

这种计算资源的进步使得我们能够模拟和研究更复杂、更真实的物质系统，如纳米尺度的材料、生物分子等。

电子结构计算和第一性原理方法的应用范围非常广泛。

第一性原理研究

“第一性原理研究”资料合集目录一、金属间化合物相稳定性、层错能及力学性质的第一性原理研究二、基于二维材料的高效锂硫电池催化剂的第一性原理研究三、第一性原理研究CH3NH3SnCl3钙钛矿太阳能电池的光伏特性和载流子迁移率四、过渡金属氧化物电子结构与性质的第一性原理研究五、碱金属、碱土金属以及金属钍的硼碳化物第一性原理研究六、过渡金属氮化物和硼化物的第一性原理研究金属间化合物相稳定性、层错能及力学性质的第一性原理研究金属间化合物是一类具有广泛应用价值的材料，其在工业、科技、医疗等领域都发挥着重要作用。

然而，金属间化合物的相稳定性、层错能以及力学性质等关键问题一直是科研人员关注的重点。

近年来，随着计算机技术和第一性原理方法的快速发展，对这些问题的研究取得了重要突破。

本文将围绕这三个方面进行详细阐述。

相稳定性是决定金属间化合物能否在实际应用中稳定存在的重要因素。

在高温、高压等极端环境下，金属间化合物的相稳定性更是受到严峻考验。

第一性原理方法能够从原子尺度上揭示金属间化合物的相稳定性规律。

通过计算不同相之间的能量差，可以判断出在特定条件下哪个相更稳定。

还可以通过计算熵、焓等热力学参数，进一步了解金属间化合物在不同环境下的稳定性。

层错能是决定金属间化合物塑性变形能力的重要参数。

在金属间化合物中，层错能的大小直接影响着材料的加工性能和力学性能。

第一性原理方法可以准确地预测金属间化合物的层错能。

通过对比不同材料层错能的差异，可以为材料的加工和优化提供理论指导。

还可以通过调整材料的成分和结构，实现对层错能的有效调控，进一步提高金属间化合物的力学性能。

力学性质是金属间化合物在实际应用中必须考虑的重要因素。

材料的硬度、弹性模量、抗拉强度等都是评价其力学性能的关键指标。

第一性原理方法可以对金属间化合物的力学性质进行全面评估。

通过计算不同应变下的能量变化，可以了解材料的弹性性能；通过模拟裂纹扩展和断裂过程，可以评估材料的韧性和脆性；通过分析原子间的相互作用力，可以预测材料的硬度。

单层MSi2N4的电子结构与磁性研究

单层MSi2N4的电子结构与磁性研究作者：姜正宇张露李默蹊夏霖陈东科来源：《科技风》2021年第30期1计算方法计算过程采用基于密度泛函的第一性原理计算软件包Vasp。

使用平面波方法（PAW）来描述离子与电子间的相互作用，并且采用广义梯度近似的交换关联函数（PBE）。

体系截断能设置为500eV。

为了避免相邻镜像之间的相互作用，在Z轴方向加上了20Å的真空分层。

在自洽计算过程中，采用G点为中心的Monkhorst-Pack撒点方式将倒空间不可约布里渊区k点设置为15×15×1的网格。

迭代过程中的电子能量收敛精度为10-5eV，离子驰豫的收敛标准设为-0.01eV/Å。

为了确保强关联体系计算的准确性，对于高度局域化的3d电子间的库仑相互作用，采用GGA加hubbardU的方法进行描述。

2结果与分析：2.1原子结构MSi2N4（M=Sc，Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni和Cu）单层材料由七个原子层组成，晶体表现为夹层结构，顺序为N-Si-N-X-N-Si-N，材料结构可以理解为两层Si-N之间夹了一层N-M-N。

用优化的晶体结构来研究它们的原子结构，Si-M与N-M的晶格常数以及键长见表1。

与二维的MoSi2N4[4]与MoS2相似，该结构打破了反转对称。

所有的材料晶格常数都在2.8和2.9左右，优化后Si原子与N原子键长稳定在1.75左右，但是在N原子与过渡元素原子键长差距明显，最大的为Sc原子与N原子的键长，约为2.208。

2.2能带结构本文研究了九个材料的电子结构和磁特性，其中发现TiSi2N4（图1-h）与CrSi2N4（图1-b）的能带自旋向上与自旋向下能带简并，故这两种材料没有磁性。

对于CrSi2N4而言，导带最小值位于K点，而价带最大值位于Γ点。

说明其为间接带隙半导体，其带隙为0.48eV。

TiSi2N4也是呈现类似的性质，其中费米能级在Γ点处穿过较小部分能带，所以呈现出微弱的金属性质。

掺杂对LiFePO4电学性质影响的第一性原理研究

掺杂对LiFePO4电学性质影响的第一性原理研究摘要掺杂和不掺杂的LiFePO4的电子结构的第一性原理分析已被开展了深入的研究。

LiFePO4中阴离子或阳离子位置掺杂对晶体结构和电子结构的影响已多有报道。

这种离子掺杂不明显的改变LiFePO4的晶体结构，除了稍微改变晶格参数和单胞体积。

已有研究发现F离子在O位的掺杂造成LiFePO4最窄的带隙，然后是Mn离子在Fe位的掺杂和Na离子在Li为的掺杂。

计算结果表明LiFePO4中适量离子的掺杂可以改善其电子导电能力。

1、引言从1997年第一次关于锂电池阴极材料的报道后，LiFePO4由于具有价格低、无毒性和好的热稳定性等迷人的性能而被广泛的研究。

然而，LiFePO4低的电子导电率严重限制了它的商业化应用。

最常被采用改善电子导电能力的方法是金属阳离子掺杂和导电层材料包覆。

Chung等人报道了LiFePO4通过多价电子离子化学掺杂（Mg2+，Al3+，Ti4+，Zr4+和Nb3+）在Li 4a位置，发现掺杂后的电子导电率提高了8个数量级。

近期的研究表明铁被少部分的V，Co，Mg，Zn和Cr替换后可以通过提高电子导电率改善LiFePO4的电化学行为。

阴离子掺杂，如F掺杂在O位已被报道可以有效地改善锂离子电池正极层状结构材料的循环寿命。

更近期报道见于Ma等人发现F掺杂可以有效地改善橄榄石LiFePO4的电化学性能，包括比能量和循环寿命。

前面提到的适量离子掺杂是一种潜在的增强LiFePO4电子导电能力的方法，尽管还存在一些争议。

很多关于用第一性原理研究纯LiFePO4电子性能理论方面的研究已经开展起来。

Shi等人将第一性原理应用在了橄榄石结构LiFePO4的结构、磁性能和电性能等方面的研究。

Zhou等人使用DFT+U的方法计算了LiFePO4的电子结构和能带间隙。

他发现用DFT+U方法计算出来的约3.8eV的能带间隙与实验数值非常吻合。

然而，根据Jiang等人的报道，计算中引入U量会导致结果的缺少普适性。

能带结构的第一性原理计算实验报告(硅、铜)

硅晶体能带结构的第一性原理计算班级：材料科学与工程3班学号：3015208064姓名：黄慧明一、实验目的通过实际操作初步的了解和掌握Materials Studio，基本掌握CASTEP 模块的操作步骤。

通过学习Materials Studio 软件，能够独立的进行简单的固体结构模型的构造和相关电子结构的计算和分析。

加深对课堂知识的直观认识，包括能带结构和相关的基本概念等。

二、实验原理第一性原理的理论计算的主要理论基础是量子力学的基本方程和相对论效应，在第一性原理发展过程中，相继提出变分原理、泡利不相容原理、密度泛函理论等。

其基本思路就是它的基本思想，是将多原子构成的实际体系理解为由电子和原子构成的多粒子系统，运用量子力学等基本物理原理最大限度的对问题进行“非经验”处理。

在第一性原理的计算过程中运用了三个近似：非相对论近似(忽略了电子运动的相对论效应)；Born-Oppenheimer 近似，核固定近似；单电子近似。

密度泛函理论的主要目标就是用电子密度取代波函数做为研究的基本量。

用电子密度更方便处理。

在密度泛函理论（DFT）中，单电子运动的薛定谔方程按原子单位可表示为)()()()](2[22r k r r V mk k ψεψ=+∇-这里，电荷密度用单电子波函数表示∑=rk r r n 2)()(ψ单电子有效势为)][(′|′r -r |′)r ρ()(ρ93KS ][r V r d r v V xc ++=⎰三、实验内容运用Materials Studio 软件，采用其中的第一性原理计算软件（CASTEP），计算分析不同类型物质（石墨烯、Si、Cu、ZnO）的能带结构、电子态密度和电荷密度。

四、实验步骤1、模型构建建立一个新的project，并在其中建立一个3D工作区域，在菜单栏选择File |Import，显示出Import Document对话框，在对话框中选择Example|Documents |3D model|Si.xsd（硅晶胞模型）并打开，在3D窗口中右击鼠标，选择Display Style，在对话框中选择Ball and stick，并且调节球棍模型尺寸即可得到未修正的硅晶胞原始模型（图1）。

2010年广西大学硕士学位论文抽查送评评审结果

良好优秀
良好良好
Hale Waihona Puke 非科学硕士共 27 篇（一优一良 2 篇，双良 15 篇，一良一合格 9 篇，双合格 1 篇）
结果学院研究生姓名学科专业学位论文题目指导教师姓名及职称专家１电气工程学院电气工程学院梁玲郑军龙控制工程电力系统及其自动化基于图像的烟化炉冶炼还原终点判断研究基于 PLC 控制的水轮机电气制动系统的研究李国进高工郑江教授良好良好专家 2 良好良好工程硕士专业学位高等学校教师在职攻读硕士学位动物科技学院李志勇兽医硕士海南省规模化猪场副猪嗜血杆菌病的分子流行病学调查和综合防治措施法学院公共管理学院景凌凌冯涛民商法学公共管理硕士论公众人物隐私权的分类调整素质教育背景下的中考制度创新研究—以南宁市为例计算机与电子信息学陶荣院农学院魏华农业科技组织与服务城乡一体化背景下的广西职业教育研究江立庚教授、徐世宏研究良好员商学院谢德富国际贸易学广西与越南高等教育服务贸易研究—以广西四所高校与越南开展教育服务贸易为例商学院 MBA 中心江涛工商管理硕士中国农地金融制度背景下土地银行构建及运营问题研究商学院 MBA 中心商学院 MBA 中心周顺家曾有志工商管理硕士工商管理硕士洛升轴承公司战略研究梁运文教授合格良好良好合格双证单证张明宏合格良好单证李立民教授良好合格同等学力人员申请硕士学位合格农业推广硕士专业学位计算机技术旅游资讯主题搜索引擎的设计与实现陈燕副教授良好良好工程硕士专业学位吴小英教授叶大凤副教授良好良好合格合格同等学力人员申请硕士学位公共管理硕士专业学位陆芹章教授良好合格兽医硕士专业学位备注

IV-VIA族化合物热电性能的第一性原理研究

IV-VIA族化合物热电性能的第一性原理研究IV-VIA族化合物是一类具有重要应用前景和研究价值的功能材料。

其中，IV族元素包括Sn和Pb，VIA族元素包括S、Se和Te。

这些化合物在电子、光电子、光伏和热电等领域都具有重要的应用潜力。

特别是它们的热电性能在能源转化和能量获取方面具有广阔的应用前景。

热电材料的重要性在于其能够将热量直接转化为电能或者电能转化为冷却效果。

这样的材料在能源转化和散热方面起着重要的作用。

IV-VIA族化合物由于其特殊的晶体结构和电子特性，具有良好的热电性能，近年来受到广泛的关注。

研究者通过第一性原理计算方法对IV-VIA族化合物的热电性能进行了深入研究。

第一性原理计算方法是一种根据量子力学基本原理和数学方法进行材料性质计算的方法。

这种方法可以准确地预测材料的结构、能带结构和电子导电性能等性质，为材料设计和优化提供了理论依据。

通过第一性原理计算，研究者发现IV-VIA族化合物的热电性能受到晶格热导率、电子输运性质和热电力系数的影响。

晶格热导率与晶体结构、原子质量和晶格振动频率有关。

电子输运性质取决于材料的能带结构和电子态密度。

热电力系数反映了材料的热电效应，与材料的能带结构和球对称参数有关。

研究者还发现，通过调控IV-VIA族化合物的杂化化学键、氧化性和分子极化等因素，可以有效地改变其热电性能。

例如，引入适量的杂原子可以改变化合物的电子输运特性，从而提高其热电效率。

此外，结构的调控也可以对热电性能产生重要影响。

例如，通过调整晶格参数和晶体结构，可以改变晶格热导率和电子输运特性，从而优化材料的热电性能。

IV-VIA族化合物的热电性能研究不仅对于理论研究有重要意义，也具有重要的应用价值。

在能源转换领域，将热能转化为电能是一种绿色高效的方式。

利用IV-VIA族化合物的优异热电性能，可以设计和制备高效的热电材料，提高能源转换效率。

在散热方面，利用IV-VIA族化合物的优异热电性能，可以开发新型散热材料，提高电子设备的散热效果，从而提高设备的工作效率和寿命。

学术论文：(毕业设计论文)《ZnS电子结构的第一性原理研究》

〔毕业设计论文〕?ZnS电子结构的第一性原理研究? 密级：内部ZnS电子结构的第一性原理研究The primary principle research?of the ZnS electronic structure学院：信息科学与工程学院专业班级：电子科学与技术学号：学生姓名：指导教师：摘要ZnS是Ⅱ-Ⅵ族半导体材料中一种重要的半导体材料，它具有优异的机械性能和光学性能，其结构有闪锌矿(β-ZnS)和纤锌矿(α-ZnS)两种，均有着非常宽的带隙，具有优良的电光特性和广泛的应用前景，并已经为越来越多的人们所关注。

从上世纪90年代开始，人们就已经对ZnS进行了大量的试验研究，近几年来ZnS材料更是倍受人们的关注。

本文目的就是通过对一些典型材料的理论计算，从而对材料的实验研究进行一些理论解释、补充甚至预言的作用。

第一性原理作为一种既古老而又年轻的方法，在材料计算这个领域已经取得了很大的进展，目前大型高速电子计算机的应用，使得此理论研究的优越性越来越突出。

本文即尝试利用计算机模拟技术，应用Materials Studio 4.0 CASTEP软件，通过使用第一性原理研究方法，对ZnS的电子结构和晶格参数等性质进行计算。

并根据所计算的结果来预测材料的宏观特性，为开展和制备新型ZnS光电子材料体系提供理论参考。

论文的主要内容如下：1、介绍了ZnS的结构、根本性质、研究现状和应用情况。

讨论了我们的计算工具—CASTEP及其理论根底。

2、研究了纯ZnS的电子结构、光学性质以及键布居情况。

计算了ZnS系统的能带结构、键布居参数、电子态密度和吸收光谱。

结果说明，ZnS为直接禁带半导体材料，其带隙为3.68eV。

纯ZnS在能量低于4eV的范围内几乎没有吸收；由于价带与导带间的跃迁，在3.6eV(345nm)附近有强的带边吸收；吸收主峰位于8.3eV附近。

ZnS晶体中Zn原子失去电子，为电子的给与体，S原子得到电子，是电子受主，且Zn原子与S原子形成的是共价键。

si(111)面电子结构,表面能和功函数的第一性原理研究

si(111)面电子结构,表面能和功函数的第一性原理研究
si(111)面电子结构,表面能和功函数的第一性原理研究
一、引言
现代半导体技术的发展不断推动着新型材料的研究。

其中，si(111)表面是半导体表面不断演变的重要基础，其研究可以为si(111)表面的制作提供重要参考。

因此，研究si(111)表面的电子结构、表面能和功函数具有十分重要的意义。

二、研究目的
研究si(111)表面的电子结构、表面能和功函数，是开展第一性原理研究的有效途径。

这样，可以更深入地了解材料的物理性质及表征，从而获取令人满意的结论。

三、研究过程
1. 步骤一：准备初始条件
首先，需要准备初始条件，即自洽场法计算si(111)表面所需要的物理和化学参数。

此外，还需要准备相关算法，以期获取计算si(111)表面的正确结果。

此外，还应针对si(111)表面进行有效优化，以期使表面能保持稳定。

2. 步骤二：设定功函数
其次，随后需要设定表示si(111)表面电子态的功函数，以期精确计算si(111)表面的表面能和功函数。

3. 步骤三：用第一性原理计算
最后，通过第一性原理计算，分析si(111)表面的电子结构、表面能和功函数。

与实验结果的比较，可以有效校正计算结果，以期获得较为准确的si(111)表面参数。

四、结论
综上所述，通过运用第一性原理计算，可以细致地分析si(111)表面的电子结构、表面能和功函数。

该方法可为si(111)表面的制作赋予良好的理论参考，实现材料创新与改性。

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利用利用第一性原理第一性原理第一性原理分子動態模擬方法研究質子在溶液中傳遞行為分子動態模擬方法研究質子在溶液中傳遞行為洪英傑林祥泰國立台灣大學化學工程學系一、研究研究動機動機質子傳遞(proton transfer)在許多反應中皆扮演重要角色，如在生物體內的訊息傳遞，或是在燃料電池中內電路的電路傳遞等。

因此各界學者對於質子傳遞的研究一直沒有中斷過，然而其真實的傳遞機制卻還不甚清楚，目前最廣被接受的傳遞機制為Grotthuss mechanism ，不過卻只適用於描述質子在純水環境下的傳遞模式。

然而近幾年來第一性原理分子動態模擬方法(ab initio molecular dynamics)的出現提供了一個新的研究方法來研究這樣的機制，第一性原理分子動態模擬是一種結合量子力學第一性原理計算以及分子動態模擬的方法，它打破了傳統分子動態模擬無法模擬化學反應的限制，目前已有許多學者成功利用第一性原理分子動態模擬方法觀測到Grotthuss mechanism 。

因此本實驗室希望利用這樣的方法進行質子傳遞的相關研究，進一步模擬質子在有其他溶質環境下對於其傳遞機制之影響。

二、研究研究目的目的本研究目的為希望藉由第一性原理分子動態模擬(ab initio moleculardynamics)得到質子在溶液中的運動軌跡，初步研究其質子在水中的傳遞機構、擴散係數、及傳遞時對於整體溶液的結構性質有何影響。

而進一步將考慮水溶液中有燃料電池質子交換膜-Nafion 存在時，對於質子運動的影響。

Fig. 1質子在水中的傳遞【1】三、研究方法3-1論文回顧目前最為大家接受的質子傳遞機制Grotthuss chain mechanism【2】,指的是當質子要傳遞時，欲接受質子的水分子外層的氫鍵需斷裂，當質子傳遞過去後，後方的氫鍵再補上，因此質子傳遞時反應速率決定步驟在於氫鍵的斷裂，如圖所示。

Fig. 2Grotthuss chain mechanism【1】而Car–Parrinello (CP) 【3】方法的出現提供了一個全新的方法來研究這樣的反應機制，CPMD即是根據這個方法所發展出來的一套軟體，這個方法是以密度泛涵理論(density functional theorem)來描述電子運動，而原子運動的部份則是遵循古典分子動態模擬-牛頓第二運動定律。

量子力学第一性原理介绍

量子力学第一性原理：仅需五个物理基本常数——电子质量、电子电量、普郎克常数、光速和玻耳兹曼常数，通过求薛定谔方程得到材料的电子结构，而不依赖于任何经验常数即可以预测微观体系的状态和性质，预测材料的组分、结构、性能之间的关系，进一步设计具有特定性能的新材料。

作为评价事物的依据，第一性原理和经验参数是两个极端。

第一性原理是某些硬性规定或推演得出的结论，而经验参数则是通过大量实例得出的规律性的数据，这些数据可以来自第一性原理(称为理论统计数据)，也可以来自实验(称为实验统计数据)。

如果某些原理或数据来源于第一性原理，但推演过程中加入了一些假设(这些假设当然是很有说服力的)，那么这些原理或数据就称为“半经验的”。

量子化学的第一性原理是指多电子体系的Schrödinger方程，但是光有这个方程是无法解决任何问题的，量子力学能够准确的解决的问题很少很少，绝大多数都是有各种各样的近似，为此计算量子力学提出一个称为“从头计算”的原理作为第一性原理，除了Schrödinger方程外还允许使用下列参数和原理：(1) 物理常数，包括光速c、Planck常数h、电子电量e、电子质量me以及原子的各种同位素的质量，尽管这些常数也是通过实验获得的。

(在国际单位值中，光速是定义值，Planck 常数是测量值，在原子单位制中则相反。

)(2) 各种数学和物理的近似，最基本的近似是“非相对论近似”(Schrödinger方程本来就是非相对论的原理)、“绝热近似”(由于原子核质量比电子大得多，而把原子核当成静止的点处理)和“轨道近似”(用一个独立函数来描述一个独立电子的运动)。

量子化学的从头计算方法就是在各种近似上作的研究。

如果只考虑一个电子，而把其他电子对它的作用近似的处理成某种形式的势场，这样就可以把多电子问题简化成单电子问题，这种近似称为单电子近似，也称为平均场近似，例如最基本的从头计算方法哈特里－富克（Hartree-Fock）方法，是平均场近似的一种，它把所有讨论的电子视为在离子势场和其他电子的平均势场中的运动。

第一性原理在镁合金的应用

第一性原理在镁合金的应用1. 简介镁合金是一种具有轻质、高强度和良好的耐腐蚀性能的金属材料。

通过使用第一性原理计算方法，可以深入研究镁合金的微观结构、电子结构和力学性能等方面的特性。

本文将介绍第一性原理在镁合金应用中的一些关键领域。

2. 第一性原理计算方法第一性原理计算方法基于量子力学原理，通过求解薛定谔方程，可以获得材料的电子结构、能带结构、晶体结构等信息。

常用的第一性原理计算方法包括密度泛函理论（DFT）、平面波赝势方法等。

2.1 密度泛函理论（DFT）密度泛函理论是第一性原理计算方法中最常用的方法之一。

该方法通过引入一个有效的电子密度泛函，将系统的总能量表示为电子密度的泛函，进而求解系统的本征态和性质。

2.2 平面波赝势方法平面波赝势方法是一种常用的计算材料电子结构的方法。

该方法通过引入赝势来描述原子核和电子之间的相互作用，并使用平面波展开电子波函数。

这种方法可以大大简化计算过程，提高计算效率。

3. 第一性原理在镁合金中的应用3.1 镁合金晶体结构的预测使用第一性原理计算方法，可以预测镁合金的晶体结构，包括晶格常数、原子位置和晶胞形状等。

这些预测结果有助于设计和优化镁合金的微观结构，提高材料的力学性能和耐腐蚀性能。

3.2 镁合金的力学性能研究第一性原理计算方法可以计算镁合金的力学性能，包括弹性常数、塑性变形行为和断裂特性等。

通过模拟材料的应力应变关系，可以预测材料的力学性能，为材料设计和工程应用提供指导。

3.3 镁合金的电子结构分析镁合金的电子结构对材料的性能和应用具有重要影响。

使用第一性原理计算方法，可以计算镁合金的能带结构、电子密度分布和电子态密度等特性。

这些特性可以揭示材料的导电性、光学性质和磁性行为等。

3.4 镁合金的缺陷与缺陷行为研究第一性原理计算方法还可以研究镁合金的缺陷形成、缺陷行为和缺陷对材料性能的影响。

通过模拟和计算材料中的点缺陷、线缺陷和面缺陷等，可以预测材料的力学强度、断裂韧性和疲劳寿命等。