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卤化物钙钛矿去质子化效应的第一性原理研究
1
作者 吴燕 南广军 《浙江师范大学学报(自然科学版)》 2026年第1期55-62,共8页
为了研究卤化物钙钛矿材料的去质子化效应,以甲铵碘基钙钛矿的超胞结构为对象,设置不同H空位缺陷,利用第一性原理计算和从头算分子动力学模拟探究其去质子化效应.结果表明:去质子化产生的缺陷结构对材料结构稳定性、态密度和激发电荷分... 为了研究卤化物钙钛矿材料的去质子化效应,以甲铵碘基钙钛矿的超胞结构为对象,设置不同H空位缺陷,利用第一性原理计算和从头算分子动力学模拟探究其去质子化效应.结果表明:去质子化产生的缺陷结构对材料结构稳定性、态密度和激发电荷分布有显著影响,会破坏结构稳定性,影响光电性能.分子动力学模拟显示,去质子化的结构会引发结构中其他MA(MA=CH_(3)NH_(3)^(+))去质子化,降低热稳定性;用FA(FA=CH(NH_(2))_(2)^(+))替换MA后,发现由于FA共轭体系大,能抑制去质子化,提升动力学稳定性.该研究揭示了去质子化效应的微观机制,为开发高稳定性卤化物钙钛矿材料及相关光电器件提供理论指导. 展开更多
关键词 卤化物钙钛矿 去质子化效应 第一性原理计算 分子动力学模拟 材料稳定性
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钛酸铋钠高压下结构演化与相变行为
2
作者 王润基 房雷鸣 +8 位作者 何瑞琦 冷浩杰 刘勇波 陈喜平 谢雷 冯秋 孙安苇 熊政伟 高志鹏 《物理学报》 北大核心 2026年第1期428-435,共8页
弛豫铁电体钛酸铋钠(Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_(3), NBT)具有优异的铁电性能,被广泛认为是极具应用前景的无铅铁电材料.深入阐明其在高压下的结构演化规律与相变机理,对于推动这类环境友好型铁电材料的应用至关重要.本研究结合原位高压中子... 弛豫铁电体钛酸铋钠(Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_(3), NBT)具有优异的铁电性能,被广泛认为是极具应用前景的无铅铁电材料.深入阐明其在高压下的结构演化规律与相变机理,对于推动这类环境友好型铁电材料的应用至关重要.本研究结合原位高压中子衍射实验与第一性原理计算,研究了NBT在高压下的结构演化规律.高压中子衍射实验结果表明, NBT的常压相R3c相和高压相Pnma相的共存压力区间为1.1—4.6 GPa,其体积模量分别为89.3 GPa和108.6 GPa.通过分析压力诱导的微观结构演变,本研究阐明了NBT高压相与常压相在微观结构特征上的差异及对体积模量的影响,建立了高压下NBT的微观结构响应与宏观物理性能的内在联系.获得的相关结论为无铅压电材料的高压性能调控提供了重要的实验依据与参考. 展开更多
关键词 钛酸铋钠 高压中子衍射 第一性原理计算 相变
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金属阴极电弧烧损机理及耐烧蚀阴极研究进展
3
作者 关慰勉 梁新增 +5 位作者 刘玲玲 赵梁 金银玲 徐继文 贾大炜 刘嘉斌 《稀有金属材料与工程》 北大核心 2026年第1期266-277,共12页
电弧等离子体设备的稳定工作时长受限于金属阴极的快速烧损失效。研制长寿命、服役稳定的阴极对提升现有设备运行能力至关重要,明确阴极的电弧放电过程的烧蚀行为和烧损机理,是研制高性能阴极的基础。本文在分析金属阴极复杂极端燃弧服... 电弧等离子体设备的稳定工作时长受限于金属阴极的快速烧损失效。研制长寿命、服役稳定的阴极对提升现有设备运行能力至关重要,明确阴极的电弧放电过程的烧蚀行为和烧损机理,是研制高性能阴极的基础。本文在分析金属阴极复杂极端燃弧服役过程的基础上,介绍了蒸发喷溅烧蚀机理、氧化物剥离烧蚀机理和阴极斑点致非均匀烧蚀机理。进一步地,综述几种改性阴极耐电弧烧蚀性能的研究进展,包括阴极组织细化、外加低逸出功相和阴极功能梯度化。围绕阴极斑点放电及烧蚀坑结构演化的原位观测、阴极多场耦合烧蚀损伤模型构建,和阴极设计-试制-考核的全流程研发制度建立等方面,展望长寿命金属阴极研制未来的发展方向。 展开更多
关键词 电弧烧蚀 金属阴极 阴极斑点 烧损机理 功能梯度阴极
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富Mn的Ni-Mn-Ga合金磁性和磁热效应的数值模拟
4
作者 汪波 张玉芬 +2 位作者 邵辉 张泽宇 胡勇 《物理学报》 北大核心 2026年第1期348-361,共14页
本文基于磁热效应的绿色磁制冷技术,并以Ni-Mn-Ga Heusler合金为对象,系统地探索其作为磁制冷工质的潜力.为阐明富Mn成分对合金磁性与磁热性能的调控机制,采用第一性原理计算与蒙特卡罗模拟相结合的多尺度方法,重点分析Mn原子分别占据Ni... 本文基于磁热效应的绿色磁制冷技术,并以Ni-Mn-Ga Heusler合金为对象,系统地探索其作为磁制冷工质的潜力.为阐明富Mn成分对合金磁性与磁热性能的调控机制,采用第一性原理计算与蒙特卡罗模拟相结合的多尺度方法,重点分析Mn原子分别占据Ni与Ga位时,对合金微观结构、原子磁矩、交换作用及宏观磁热行为的影响.结果表明, Mn占位方式对磁性能具有关键调控作用:Mn占据Ni位会降低总磁矩与居里温度,并减小磁熵变;而Mn占据Ga位则显著提升总磁矩与磁熵变,其中Ni_(8)Mn_(7)Ga_(1)合金在2 T磁场下的最大磁熵变高达2.32 J·kg^(-1)·K^(-1),远高于化学计量比Ni_(8)Mn_(4)Ga_(4)合金.态密度与交换作用分析进一步表明, Mn含量变化可调控其在费米能级附近的电子结构,优化轨道杂化与铁磁交换作用,影响磁相变行为.临界指数分析显示合金中磁相互作用具有长程特性,并随成分变化趋近于平均场行为.本工作从微观层面建立了“成分-结构-磁性-磁热性能”之间的构效关系,为设计高性能、低滞后磁制冷材料提供了理论依据. 展开更多
关键词 NI-MN-GA合金 磁热效应 二级磁相变 蒙特卡罗模拟
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稀土-过渡金属亚铁磁材料中的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用与自旋电子学应用
5
作者 张钰 孟庚辰 +2 位作者 赵治源 雷娜 魏大海 《物理学报》 北大核心 2026年第1期112-132,共21页
Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(DMI)是一种源于自旋轨道耦合与结构反演对称破缺的非对称交换作用,是诱导非共线磁序与手性磁结构的关键机制之一.稀土-过渡金属亚铁磁材料兼具稀土元素的强自旋轨道耦合与过渡金属的强磁交换作用,表现出... Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(DMI)是一种源于自旋轨道耦合与结构反演对称破缺的非对称交换作用,是诱导非共线磁序与手性磁结构的关键机制之一.稀土-过渡金属亚铁磁材料兼具稀土元素的强自旋轨道耦合与过渡金属的强磁交换作用,表现出超快磁化动力学、高度可调的磁结构以及丰富的自旋输运行为,为研究与调控DMI提供了理想的材料平台,在未来高密度磁存储与自旋电子学器件中展现出重要应用潜力.本文系统阐述了DMI的微观物理起源,概述了稀土-过渡金属亚铁磁材料的基本特性,并深入探讨了DMI与亚铁磁序之间的耦合机制,介绍了基于稀土-过渡金属亚铁磁材料DMI的斯格明子磁性隧道结和类脑神经计算等自旋电子学器件,为发展面向未来的先进自旋电子技术提供了理论依据与技术指引. 展开更多
关键词 稀土-过渡金属材料 亚铁磁性 Dzyaloshinskii-Moriya相互作用 自旋电子学
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Janus MoSSe/g-C_(3)N_(4)异质结的电子性质及其双轴应变调控
6
作者 胡栋 李孝宝 王美芹 《物理学报》 北大核心 2026年第1期331-339,共9页
构建范德瓦耳斯异质结是丰富二维材料物性并增强其光电等性能的有效策略.本文基于第一性原理模拟,系统地研究了两种不同界面结构的Janus MoSSe/g-C_(3)N_(4)异质结(即SMoSe/g-C_(3)N_(4)和SeMoS/g-C_(3)N_(4))的电子性质及其双轴应变调... 构建范德瓦耳斯异质结是丰富二维材料物性并增强其光电等性能的有效策略.本文基于第一性原理模拟,系统地研究了两种不同界面结构的Janus MoSSe/g-C_(3)N_(4)异质结(即SMoSe/g-C_(3)N_(4)和SeMoS/g-C_(3)N_(4))的电子性质及其双轴应变调控规律.结果表明,针对SMoSe/g-C_(3)N_(4)异质结构, MoSSe本征偶极场与界面电场方向一致,相互叠加形成由g-C_(3)N_(4)指向MoSSe的增强电场,体系呈现I型能带排列特征;而在SeMoS/g-C_(3)N_(4)异质结构中,两者方向相反,部分相互抵消后形成由MoSSe指向g-C_(3)N_(4)的净电场,呈现II型能带排列特征,可促进载流子的分离从而有效提升其光催化分解水活性.进一步研究发现,施加双轴应变可有效地调节两种异质结构的电子能带,尤其在SeMoS/g-C_(3)N_(4)中可实现I型与II型能带结构的可逆转变.本研究为Janus MoSSe/g-C_(3)N_(4)异质结在光催化与光电器件领域的应用提供了理论依据. 展开更多
关键词 异质结 电子结构 应变调控 第一性原理模拟
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机器学习赋能电子结构计算:进展、挑战与展望
7
作者 李雨婷 杨炯 奚晋扬 《物理学报》 北大核心 2026年第1期75-95,共21页
密度泛函理论在当代电子结构计算中占据主流地位,然而其计算复杂度随体系规模呈立方增长,制约了在复杂体系或高精度计算中的应用.近年来,机器学习与第一性原理计算的结合,为这一问题提供了新的解决方案.本文对机器学习加速电子结构计算... 密度泛函理论在当代电子结构计算中占据主流地位,然而其计算复杂度随体系规模呈立方增长,制约了在复杂体系或高精度计算中的应用.近年来,机器学习与第一性原理计算的结合,为这一问题提供了新的解决方案.本文对机器学习加速电子结构计算的方法进行了综述,重点讨论现有研究在加速材料电子结构计算中所取得的重要进展.此外,对未来研究中基于机器学习技术进一步克服电子结构计算的精度和效率瓶颈、扩展适用范围、实现在大尺度材料体系中计算模拟与实验测量的深度融合做了展望. 展开更多
关键词 机器学习 图神经网络 第一性原理 电子结构
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二维单层FeGa_(2)S_(4)电子结构及光学性质调控研究
8
作者 宋蕊 程润 +4 位作者 冯凯 姚佳 王必利 鲁梦洁 安明 《物理学报》 北大核心 2026年第1期340-347,共8页
针对高速电子器件与光电器件的发展需求,探索并设计具有优异载流子输运特性的二维半导体材料已成为该领域的核心科学问题.本文基于密度泛函理论,采用第一性原理计算系统地探究了面内应力对单层FeGa_(2)S_(4)材料输运性质及光学性质的调... 针对高速电子器件与光电器件的发展需求,探索并设计具有优异载流子输运特性的二维半导体材料已成为该领域的核心科学问题.本文基于密度泛函理论,采用第一性原理计算系统地探究了面内应力对单层FeGa_(2)S_(4)材料输运性质及光学性质的调控规律.结果表明, FeGa_(2)S_(4)易于剥离,其单层结构具有较好的动力学、热力学稳定性和面内各向同性的机械性能,较低的杨氏模量使其在外部应力下易于形变.与母相块材相似,单层FeGa_(2)S_(4)也是一种间接带隙半导体(能隙为1.65 eV),在单轴应力(应变范围±5%)调控下,空穴迁移率基本保持不变(约103 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1)),电子迁移率(+5%应变)则提升超过一个数量级.双轴拉伸应力则能够有效提升材料在可见光范围内的光捕获能力.研究结果表明单层FeGa_(2)S_(4)在高速电子和柔性光电器件领域具有较大的应用前景. 展开更多
关键词 第一性原理 电子结构 光学性质 应变工程
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Zr/O/W肖特基式热场发射阴极界面发射性能研究
9
作者 郭家美 阴生毅 +3 位作者 孙万众 张永清 金鹤 赵梓辰 《物理学报》 北大核心 2026年第1期411-419,共9页
Zr/O/W肖特基式热场发射阴极作为电子束类高端分析仪器的核心组件,其独特的界面发射机制一直是阴极领域的研究热点.本团队成功制备了高性能Zr/O/W肖特基式热场发射阴极,其发射电流密度可达2.5×10^(4)A/cm^(2),使用寿命超过8000 h.... Zr/O/W肖特基式热场发射阴极作为电子束类高端分析仪器的核心组件,其独特的界面发射机制一直是阴极领域的研究热点.本团队成功制备了高性能Zr/O/W肖特基式热场发射阴极,其发射电流密度可达2.5×10^(4)A/cm^(2),使用寿命超过8000 h.通过能量色散X射线光谱和俄歇电子能谱分析,对激活阴极发射区表面及深度方向成分分布进行了系统表征.结果表明, Zr/O/W阴极表面并非传统理论所认为的Zr-O偶极子单分子层,而是存在一层纳米级厚度的Zr/O/W_((100))复合氧化层结构;该氧化层由三部分构成:W(100)晶面下方的氧渗入层、W(100)面本身以及晶面上方多原子层的Zr-O薄膜. Zr/O/W_((100))氧化层使阴极发射面功函数从纳米WO3的5.02 eV显著降低至2.85 eV,从而形成局域化电子发射集中区.基于上述实验结果,结合第一性原理计算,本研究模拟了W(100)发射界面动态演变过程,为Zr/O/W肖特基式热场发射阴极界面发射机制提供了新的理论解释. 展开更多
关键词 Zr/O/W 热场发射阴极 电子发射
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碳化硼陶瓷动态力学行为与延展性增强机制的深度势能分子动力学研究进展 被引量：1
10
作者 李君 宋佳和 +1 位作者 季伟 刘立胜 《高压物理学报》 北大核心 2025年第11期17-36,共20页
碳化硼作为典型的轻质高强陶瓷材料,在国防军事和航空航天等领域具有广阔的应用前景。然而,在强冲击载荷下,碳化硼中极易出现由二十面体破坏引起的纳米级局部非晶带,造成灾难性剪切失效。由于碳化硼局部非晶带的形成显著依赖于其微观结... 碳化硼作为典型的轻质高强陶瓷材料,在国防军事和航空航天等领域具有广阔的应用前景。然而,在强冲击载荷下,碳化硼中极易出现由二十面体破坏引起的纳米级局部非晶带,造成灾难性剪切失效。由于碳化硼局部非晶带的形成显著依赖于其微观结构,分子动力学模拟成为揭示其微观结构演化过程和机理的关键手段。然而,受限于传统作用势精度不足、开发难度高等问题,传统分子动力学在模拟碳化硼等复杂材料体系上面临着巨大的挑战。近年来,机器学习方法的发展为作用势开发提供了新的研究范式。在众多机器学习势中,基于深度神经网络的深度势能(deep potential,DP)模型应用尤为广泛。该模型既能保持与第一性原理计算相当的精度,又具备与传统分子动力学相媲美的效率,因此,成为研究复杂材料体系的有效方法。为此,系统阐述了DP方法在碳化硼陶瓷研究中的应用。首先,概述了DP模型的理论框架、开发流程以及碳化硼DP模型的构建和验证;随后,通过深度势能分子动力学模拟揭示了碳化硼陶瓷的力学响应及局部非晶化机理,并进一步阐明了微合金化、化学计量比调控、晶界工程以及缺陷调控等策略对碳化硼延展性的增强机制;最后,展望了DP模型在碳化硼等复杂材料体系研究中的应用前景。 展开更多
关键词 深度势能 分子动力学 碳化硼 动态力学行为 延展性增强机制
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