【摘要】本文通过基于密度泛函理论以及微扰理论的第一性原理方法,计算研究w-BN、w-BC2N、r3m-B2CN及r3m-BC2n的晶格常数和弹性常数,并分析了声子色散关系。接着,在此基础上具体分析了材料的力学、光学和热学性质,以及力学与热学性质中存在的各向异性,全面地阐述了四种六方新型超硬材料的力学、光学与热学性质及变化规律,目的在于为实验合成此类超硬材料提供可靠的理论依据。第三章对w-BN、w- […]

【摘要】分子/原子与材料表面的相互作用是一个重要的基础理论课题。它涉及多学科交叉研究领域,以及化学催化反应、气体吸附等实际工业问题。分子/原子在材料表面的吸附和解离行为对于理解表面的化学反应具有重要意义。在实验上很难从原子和量子力学层次上理解分子与材料表面的相互作用包括成键、电荷转移以及轨道杂化等行为,而基于密度泛函理论的第一性原理方法深入到电子的层次可以从本质上揭示分子/原子与材料间的相互作用的 […]

【摘要】本论文的工作主要包括两部分。第一部分是光伏半导体材料方面的研究工作,介绍光伏半导体基本性质的研究和分析方法,以及光伏半导体性质随化学组分的变化趋势,然后阐述半导体合金对半导体性质的细致调节作用,并介绍形成合金的两种重要方法——同价元素替换(isovalentelementsubstitution)法和元素置换(elementmutation)法。我们分别以改善CdTe太阳能电池和改善单晶S […]

【摘要】本文基于密度泛函理论的第一性原理研究了Cu、Mg、Si原子对Al基体所产生的固溶强化机理；根据质点（溶质、空位）间的相互作用分析了Al-Si-Cu、Al-Si-Mg、Al-Si-Cu-Mg合金时效初期的团簇形成过程；结合动力学蒙特卡罗（KineticMonteCarlo,简称KMC）法模拟获得了合金时效初期动态、直观的团簇形成图像；分析了Al-Si系合金中θ、β序列沉淀相的析出行为及性能。 […]

【摘要】在近年来的高科技产业的发展中,碳、硅材料在高科技产业及凝聚态物理学的基础研究中扮演着重要的角色,研究人员一直致力于对新型的含碳和含硅的先进材料进行研究,尤其是硅的半导体特性和碳的低维纳米材料更是材料学和物理学研究的热点。如何使它们能在例如分子筛、光电器件、新型太阳能电池、纳米电子器件、自旋电子学器件、光催化剂和航天航空材料等领域得到广泛的应用是我们所关心的重点。本文基于第一性原理的计算,通 […]

【摘要】随着纳米技术的迅速发展,新的低维纳米结构材料不断地被制备出来。它们有着许多不同于体材料的特异性质,在物理学、化学、材料科学、生命科学,以及纳米电子学和纳米技术等领域有着巨大的应用潜力。比如,金属管状纳米材料有着独特的光学和电学性质,在超大规模集成电路、纳米电子学、光导纤维和传感器等领域有广泛的应用前景。此外,单层二硫化钼、二硫化钨和二维六角硼氮片等类石墨烯结构材料本身就具有直接带隙,弥补了 […]

【摘要】管道结垢及腐蚀问题是国内外深部高温矿井降温工程中面临的技术难题,本文以张双楼煤矿降温系统管道结垢及腐蚀作为研究对象,首先,现场调研结垢及腐蚀严重的区域并采集表面物质样品及水样进行实验分析,得到降温系统管道水物理化学特性；其次,建立化学反应模型、数学模型及运用电化学腐蚀原电池等理论,进行降温系统管道结垢及腐蚀机理的理论分析；最后,利用第一性原理方法建立计算模型,从微观尺度验证降温系统管道结垢 […]

【摘要】浮栅型存储器是非易失性存储器市场上的主流产品。随着微电子集成度不断提高,半导体器件特征尺寸日益小型化。当技术节点进入22nm代以后,浮栅型存储技术将趋近其物理极限。寻找一种新型的与半导体工艺兼容的非易失性存储器,成为当今存储器领域研究的热点。电荷俘获型存储器具有同半导体工艺相兼容、操作电压低、功耗低和抗疲劳性能好等优良特性,是一种极具应用前景的新型非易失性存储器,而其中的金属纳米晶存储器由 […]

【摘要】石墨烯的成功制备开启了人们对二维六角晶格材料研究的热情,但是零带隙是它应用于下一代纳米电子学的最大障碍。实验和理论上通过各种物理和化学方法来调整其电子性质,如化学修饰,控制空位缺陷,剪切成具有特定边界的准一维纳米带等。另外,目前还出现了许多其它的二维六角晶格材料,如h-BN、MoS2以及硅烯和锗烯等单原子层蜂窝结构。这些类石墨烯结构材料同样引起了物理、化学、材料等学科研究领域的极大兴趣,并 […]

【摘要】近几年，随着拓扑绝缘体的研究与发展，传统的Bi2Se3类和Hg1-xCdxTe类材料再次成为关注的焦点。实验中生长的材料都不可避免地引入缺陷与杂质，影响材料的物理、化学、机械和电子特性。例如：Hg1-xCdxTe中的阳离子空位使材料呈现出p型特征；而Bi2Se3材料由于生长过程中引入的替位和空位等本征缺陷表现为n型特征。更有意义的是，通过外来原子的掺杂，这些材料都可以发生n-to-p或p- […]