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基于弹性力学第一性原理的数据驱动力学建模
1
作者 郑勇刚 吴哲同 +3 位作者 张涵博 刘振海 叶宏飞 张洪武 《计算力学学报》 CAS CSCD 2024年第1期73-80,共8页
提出了一种基于弹性力学第一性原理的数据驱动力学建模方法,其能够从基于弹性力学方程的数值计算结果建立简洁且能准确捕捉变形机制的力学模型。基于有限元计算得到的高精度数据和无监督数据驱动控制方程识别方法Seq-SVF,从梁的载荷和... 提出了一种基于弹性力学第一性原理的数据驱动力学建模方法,其能够从基于弹性力学方程的数值计算结果建立简洁且能准确捕捉变形机制的力学模型。基于有限元计算得到的高精度数据和无监督数据驱动控制方程识别方法Seq-SVF,从梁的载荷和位移数据中自动识别出了Timoshenko梁形式的弯曲控制微分方程,得到了三种不同加载条件下剪切影响系数关于结构尺寸和力学参数的函数表达式。揭示了经典模型适用的加载条件,同时还给出了一种未发现的新模型。通过将基于弹性力学的第一性原理计算与数据驱动范式相结合,克服了传统建模方法的局限性和对人类经验的强依赖性,为建立简洁的力学模型提供了一种新途径。 展开更多
关键词 结构力学模型 数据驱动 方程识别 TIMOSHENKO梁 第一性原理
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GaSe/ZnS异质结的结构和界面性质的第一性原理研究
2
作者 鲍爱达 马永强 郭鑫 《人工晶体学报》 CAS 2024年第4期669-675,共7页
本文设计了一种GaSe/ZnS范德瓦耳斯异质结构(vdWH),并用第一性原理计算系统地分析了该异质结构的几何、电子、输运性质。通过结合能、声子谱、从头算分子动力学(AIMD)模拟验证了所构建GaSe/ZnS范德瓦耳斯异质结构的稳定性。详细计算了Ga... 本文设计了一种GaSe/ZnS范德瓦耳斯异质结构(vdWH),并用第一性原理计算系统地分析了该异质结构的几何、电子、输运性质。通过结合能、声子谱、从头算分子动力学(AIMD)模拟验证了所构建GaSe/ZnS范德瓦耳斯异质结构的稳定性。详细计算了GaSe/ZnS vdWH界面性质中的平面平均电子密度差和平均静电势。结果表明,GaSe/ZnS vdWH是一种直接带隙为2.19 eV,载流子迁移率较高的异质结构。其中,沿x方向的电子迁移率可达1394.63 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1),而沿y方向的电子迁移率可达1913.18 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1),性能优异,有望应用于电子纳米器件。 展开更多
关键词 第一性原理 密度泛函理论 GaSe/ZnS范德瓦耳斯异质结构 声子色散谱 载流子迁移率
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单层SnS的光电效应及应变工程的第一性原理研究
3
作者 徐中辉 许晟源 +1 位作者 刘川川 刘国港 《人工晶体学报》 CAS 2024年第4期676-683,共8页
光电探测器在工业制造和军事国防等各领域用途广泛。近年来,研究者在寻找一种兼具极化灵敏度高与光响应强的特点的光电探测器。在可见光范围内,SnS是一种制作具有各向异性光电探测器的半导体材料。本文基于第一性原理,采用非平衡态格林... 光电探测器在工业制造和军事国防等各领域用途广泛。近年来,研究者在寻找一种兼具极化灵敏度高与光响应强的特点的光电探测器。在可见光范围内,SnS是一种制作具有各向异性光电探测器的半导体材料。本文基于第一性原理,采用非平衡态格林函数(NEGF)与密度泛函理论(DFT)结合的方法对单层SnS两个器件方向(Armchair和Zigzag)的光电性质进行理论计算。研究发现,在零偏压下,两个方向的光电流数值均较小,通过加偏压的方法可以获得稳定的光电流。计算了小偏压0.1~1.0 V(间隔0.1 V)、线性偏振光照射下最大光响应随光子能量的变化,发现单层SnS在光子能量为2.4与3.2 V时最大光响应数值较大且十分稳定,并结合能带图和态密度图分析了光响应产生的微观机制。本文通过计算消光比,发现单层SnS具有极强的偏振灵敏度。最后,通过施加双轴应变的方法,器件的不对称性显著增加,极大增强器件在零偏压下的光电流,其中压缩应力数值为-6%时对光电流的提升十分明显。希望以上结果能为单层SnS设计用于光电探测器提供理论参考。 展开更多
关键词 单层SnS 光电探测器 第一性原理 最大光响应 偏振灵敏度 应变工程
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铱衬底上金刚石外延形核与生长:第一性原理计算
4
作者 王伟华 张磊宁 +5 位作者 丁峰 代兵 韩杰才 朱嘉琦 贾怡 杨宇 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第4期416-422,共7页
异质外延为金刚石晶圆合成提供了一个有效的实现路径,而Ir衬底上金刚石形核生长技术经过20多年的发展已经有能力制备最大直径为3.5英寸的晶体,开启了金刚石作为终极半导体在电子信息产业应用的大门。然而,表面形核、偏压技术窗口、金刚... 异质外延为金刚石晶圆合成提供了一个有效的实现路径,而Ir衬底上金刚石形核生长技术经过20多年的发展已经有能力制备最大直径为3.5英寸的晶体,开启了金刚石作为终极半导体在电子信息产业应用的大门。然而,表面形核、偏压技术窗口、金刚石外延生长等一系列发生在异质衬底上的问题都需要从生长热力学的角度给予解释。本研究针对化学气相沉积气氛中金刚石如何实现外延形核与生长这一关键问题,利用第一性原理计算从原子尺度对金刚石形核生长过程展开了系列探究。研究结果如下:C原子在Ir衬底表面位点吸附比在体相位点吸附更稳定,表明无偏压条件下金刚石形核只能在衬底表面发生;离子轰击作用下非晶氢化碳层中sp3杂化C原子个数随着离子动能的增加呈现先增大后减小的变化规律,证实了金刚石高密度形核存在一定的离子动能与偏压大小窗口;金刚石沿着Ir衬底外延生长时界面结合能最低(约为–0.58 eV/C),意味着界面结合能是决定外延形核生长的主要热力学因素。本研究阐明了偏压辅助离子轰击促进金刚石单晶外延生长的热力学机制,对于指导金刚石及其他碳基半导体生长具有重要意义。 展开更多
关键词 金刚石 异质外延 形核生长 第一性原理 结合能
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铝中小空位团簇稳定性的第一性原理研究
5
作者 苏恬莉 孔祥山 +2 位作者 陈良 赵国群 张存生 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期724-736,共13页
空位团簇是铝合金中最常见的缺陷之一。利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究铝中孔洞、层错四面体(SFT)和{111}平面上的空位板等小空位团簇的能量学,发现文献报道的单空位形成能的显著差异主要与它们所使用的交换相关泛函数有关,... 空位团簇是铝合金中最常见的缺陷之一。利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究铝中孔洞、层错四面体(SFT)和{111}平面上的空位板等小空位团簇的能量学,发现文献报道的单空位形成能的显著差异主要与它们所使用的交换相关泛函数有关,LDA是Al中单空位形成能最可靠的近似,其次是PBE、PBEsol、PW91和AM05。本文结果证实Al中的双空位在能量上是不稳定的。此外,任何结构中小于5的空位团簇相对于相应数量的孤立单空位都是不稳定的。SFT是大多数小空位团簇中最稳定的结构,其次是孔洞和空位板。这些结果有助于理解实验观测到的铝中空位团簇的尺寸分布。 展开更多
关键词 第一性原理 铝 单空位 双空位 空位团簇 层错四面体 空位板
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低价锆氧化物Zr_(3)O的结构、热力学和弹性性质第一性原理研究
6
作者 周虹伶 陈莉君 +3 位作者 杨晓玲 刘许旸 孙超 栾佰峰 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期952-965,共14页
采用第一性原理系统地研究3种Zr_(3)O晶形(空间群分别为R3c(斜方六面体)、R32(斜方六面体)和P6322(六面体))的晶格动力学及其与温度相关的热力学和力学性质。计算得到的3种Zr_(3)O晶形的晶体结构参数与实验结果一致。此外,证明3种Zr_(3)... 采用第一性原理系统地研究3种Zr_(3)O晶形(空间群分别为R3c(斜方六面体)、R32(斜方六面体)和P6322(六面体))的晶格动力学及其与温度相关的热力学和力学性质。计算得到的3种Zr_(3)O晶形的晶体结构参数与实验结果一致。此外,证明3种Zr_(3)O结构在动力学和热力学上均具有稳定性。获得了3种Zr_(3)O晶形在0~1500 K温度范围内的熵、焓、吉布斯自由能、比热容、热膨胀系数和弹性模量等性质。发现3种Zr_(3)O晶形在0K时的相对稳定性顺序为Zr_(3)O(R3c)>Zr_(3)O(R32)>Zr_(3)O(P6_(3)22);然而,在50 K时Zr_(3)O(R3c)转变成Zr_(3)O(R32),在540K时转变为Zr_(3)O(P6_(3)22)。相较于其他2种Zr_(3)O相,Zr_(3)O(R32)表现出更优越的力学性能。 展开更多
关键词 第一性原理 Zr_(3)O 晶格动力学 热力学性质 弹性模量
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过渡金属元素掺杂对SmCo_(3)合金结构和磁性能影响的第一性原理计算
7
作者 严志 方诚 +1 位作者 王芳 许小红 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期250-257,共8页
在稀土永磁材料中,Sm-Co基合金具有优异的高温磁性能,是目前最有发展前景的永磁材料.然而,这些合金在高温环境的实际应用中,由于其相对较低的饱和磁化强度和结构稳定性而受到限制.本研究采用Fe,Ni,Cu,Zr作为代表的过渡金属元素,通过第... 在稀土永磁材料中,Sm-Co基合金具有优异的高温磁性能,是目前最有发展前景的永磁材料.然而,这些合金在高温环境的实际应用中,由于其相对较低的饱和磁化强度和结构稳定性而受到限制.本研究采用Fe,Ni,Cu,Zr作为代表的过渡金属元素,通过第一性原理计算,研究掺杂元素对SmCo_(3)合金结构稳定性、磁性能和电子结构的影响.计算结果表明,元素Ni,Cu和Fe的掺杂有利于提升SmCo_(3)体系结构稳定性,而元素Zr的掺杂不利于体系结构稳定性.磁性能计算表明,掺杂非磁性元素在一定程度上会降低SmCo_(3)体系的总磁矩,而掺杂磁性元素可以增大SmCo_(3)体系的总磁矩,在SmCo_(3)体系中并不是掺杂所有的磁性元素都可以增大体系总磁矩,并通过电子结构的分析阐明了其微观机制.最后筛选出了过渡元素Fe有利于提升SmCo_(3)的磁性能和结构稳定性,并在其原胞中掺杂原子百分比为0—22.22%范围内,预测了其最佳掺杂原子百分比为18.52%. 展开更多
关键词 SmCo_(3)型永磁合金 第一性原理计算 过渡元素掺杂 综合磁性能
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稀土元素(La、Eu、Ho)掺杂单层WSe_(2)的第一性原理研究
8
作者 姜冠戈 江玉琪 +1 位作者 郭祥 丁召 《功能材料》 CAS CSCD 2024年第2期2155-2160,2167,共7页
单层二硒化钨(WSe_(2))是一种具有良好的热稳定性、电子运输和大面积可扩展性的优秀特性。基于密度泛函理论,利用第一性原理计算研究了稀土元素(La、Eu、Ho)掺杂单层WSe_(2)的结构、电学性质和光学性质。采用稀土元素(La、Eu、Ho)掺杂... 单层二硒化钨(WSe_(2))是一种具有良好的热稳定性、电子运输和大面积可扩展性的优秀特性。基于密度泛函理论,利用第一性原理计算研究了稀土元素(La、Eu、Ho)掺杂单层WSe_(2)的结构、电学性质和光学性质。采用稀土元素(La、Eu、Ho)掺杂使单层WSe_(2)呈现P型导电传输特性,增强了导电性能,展现半金属特性。此外,La、Eu、Ho掺杂后,提高了单层WSe_(2)在红外光区的光探测能力和对可见光的利用率,在深紫外区域也具有应用潜力。研究结果证明了La、Eu、Ho掺杂单层WSe_(2)的电学性质、光学性质和扩大其应用方面的重要性。 展开更多
关键词 单层二硒化钨 第一性原理计算 掺杂 光学性质
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GO/Ti基复合材料界面性质的第一性原理研究
9
作者 李婉莹 韩秀丽 +2 位作者 张强 王锐 武高辉 《精密成形工程》 2024年第4期10-18,共9页
目的研究氧化石墨烯在继承石墨烯优异性能的同时,是否会因为官能团的存在而影响复合材料界面的结合方式,抑制脆性相TiC的产生,解决石墨烯作为增强体时易发生界面反应从而影响材料塑韧性的问题。方法根据(0001)_(Ti)∥(0001)_(GO)、[2110... 目的研究氧化石墨烯在继承石墨烯优异性能的同时,是否会因为官能团的存在而影响复合材料界面的结合方式,抑制脆性相TiC的产生,解决石墨烯作为增强体时易发生界面反应从而影响材料塑韧性的问题。方法根据(0001)_(Ti)∥(0001)_(GO)、[2110]_(Ti)∥[1010]_(GO)界面位向关系,建立了Ti/氧化石墨烯/Ti共格界面模型。采用第一性原理计算方法从电子原子尺度研究了环氧基和羟基对Ti/氧化石墨烯/Ti界面黏附功、界面能、原子结构和电子结构的影响。结果环氧基和羟基都会使界面黏附功变大,界面能减小,形成结合更强、更稳定的界面,其中环氧基的贡献更大。官能团附近的Ti原子与氧化石墨烯中C原子的结合能力减弱。在形成界面时,氧化石墨烯被还原,环氧基和羟基中的O原子与Ti基体会发生反应生成固溶体,羟基中的H原子可能保持与O原子之间的相互作用,也可能会脱离O原子的束缚与Ti基体有相互作用。结论当氧化石墨烯和Ti基体形成界面时,氧化石墨烯的官能团会固溶在Ti基体中,抑制界面产物脆性相TiC的产生,石墨烯的片层结构更容易被保留,形成界面结合更好的复合材料。 展开更多
关键词 第一性原理 氧化石墨烯 钛基复合材料 界面 电子结构
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金合金中Ce和Lu晶界偏聚的第一性原理研究
10
作者 刘浩松 谢耀平 +2 位作者 周文艳 胡丽娟 姚美意 《上海金属》 CAS 2024年第1期82-88,共7页
元素在晶界的偏聚通常会引起材料性能的变化。基于第一性原理研究了Ce和Lu元素在纯金晶界的偏聚行为,计算得出Ce和Lu的最小晶界偏聚能分别为-0.89和-0.28 eV,这表明Ce在晶界的偏聚倾向较大,而Lu的偏聚倾向较小;同时,在此基础上进一步研... 元素在晶界的偏聚通常会引起材料性能的变化。基于第一性原理研究了Ce和Lu元素在纯金晶界的偏聚行为,计算得出Ce和Lu的最小晶界偏聚能分别为-0.89和-0.28 eV,这表明Ce在晶界的偏聚倾向较大,而Lu的偏聚倾向较小;同时,在此基础上进一步研究了Ce和Lu在金合金中的原子结构和电子结构,揭示了晶界偏聚的物理成因。 展开更多
关键词 金键合丝 晶界 偏聚能 原子半径 第一性原理
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高压下三元层状氮化物M_(2)AlN(M=Ti,Zr)的结构、力学、电子及光学性质的第一性原理研究
11
作者 吴礼海 于普良 钟敏 《人工晶体学报》 CAS 2024年第4期656-668,共13页
本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,优化了三元层状氮化物M_(2)AlN(M=Ti,Zr)的几何结构,研究了高压下三元层状氮化物M_(2)AlN(M=Ti,Zr)的结构、力学、电子及光学性质。结构和力学性质研究表明,Ti_(2)AlN的压缩性优于Zr_(2)A... 本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,优化了三元层状氮化物M_(2)AlN(M=Ti,Zr)的几何结构,研究了高压下三元层状氮化物M_(2)AlN(M=Ti,Zr)的结构、力学、电子及光学性质。结构和力学性质研究表明,Ti_(2)AlN的压缩性优于Zr_(2)AlN,弹性常数证实了高压下的力学稳定性。延展性和弹性各向异性随着压力的增加而增强,Zr_(2)AlN对压力更加敏感。电子性质研究表明,两种三元层状氮化物均表现为金属性,共价性随着压力的增加而增强。Ti_(2)AlN和Zr_(2)AlN的多晶体和不同轴上的静态介电函数ε_(1)(0)以及静态折射率n(0)表明光学性质存在较低的各向异性,两种三层状氮化物都表现出较强的光吸收能力和反射率。本文的理论研究阐述了高压下三元层状氮化物Ti_(2)AlN和Zr 2AlN的相关性质,为今后的实验研究提供了比较可靠的理论依据。 展开更多
关键词 Ti_(2)AlN和Zr_(2)AlN 密度泛函理论 第一性原理 力学性质 电子结构 光学性质
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