高压下碱土金属(Be、Mg、Ca)结构与物理性质的第一性原理研究

摘要

压力是物质独立于温度和化学组成成分的一个重要维度，高压行为能够改变物质内部原子和分子间的相互作用，并诱导新结构与新物质的产生，为得到新材料提供了创新性源泉。碱土金属材料在高压下会表现出和常压下不同的性质，可能让金属材料变成半导体甚至绝缘体，因而在合成新材料等领域有着广阔的应用前景。基于密度泛函理论的第一性原理方法，是研究高压下各种物质结构与性质变化的有效理论研究方法。
　　 本论文采用平面波赝势密度泛函理论对碱土金属(Be、Mg、Ca)在高压下的结构与物理性质进行计算和分析，利用Castep软件主要研究碱土金属元素在承受等静压载荷时的相结构变化规律，并分析其由此导致的光学性质变化，得到不同压强下能带结构和态密度变化规律，对比三种碱土金属的物理性质的变化规律，从而从微观角度分析外载荷对金属材料结构影响规律，解释光学性质变化的本质来源。
　　 计算结果表明，在压力作用下，碱土金属(Be、Mg、Ca)的物理性质均会发生了明显的变化，为新型材料的产生和发展提供了重要的理论基础。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 第一性原理方法在国内外的研究进展

1．2 高压对材料特性的影响

1．3 计算材料学的研究方法

1．4 计算机模拟技术的作用及其应用

1．5 本课题的研究意义和内容

第2章 第一性原理的理论基础和相关计算方法

2．1 第一性原理计算方法概述

2．2 密度泛函理论

2．2．1 Hartree-Fock方法

2．2．2 局域密度近似

2．2．3 广义梯度近似

2．3 赝势方法

2．3．1 模守恒赝势

2．3．2 超软赝势

2．4 材料的结构优化方法

2．5 材料光学性质的理论基础

2．6 本课题使用的计算软件

第3章 高压下金属Mg的结构与物理性质的第一性原理研究

3．1 金属Mg的结构计算与模型构建

3．2 Mg的高压相变

3．3 Mg物理性质的计算结果与分析

3．3．1 Mg的能带结构

3．3．2 Mg的总态密度

3．3．3 Mg的光学性质

3．4 本章小结

第4章 高压下Be和Ca结构与物理性质的第一性原理研究

4．1 Be和Ca的模型构建

4．2 Be和Ca的高压相变

4．3 Be和Ca物理性质的计算结果与分析

4．3．1 Be和Ca的能带结构

4．3．2 Be和Ca的总态密度

4．3．3 Be和Ca的光学性质

4．4 碱土金属Be、Mg、Ca物理性质的比较

4．5 本章小结

结论

参考文献

致谢

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