韩秀峰
,
刘厚方
,
张佳
,
师大伟
,
刘东屏
,
丰家峰
,
魏红祥
,
王守国
,
詹文山
中国材料进展
doi:10.7502/j.issn.1674-3962.2013.06.02
典型的磁性隧道结是“三明治”结构,即由上下两个铁磁电极以及中间厚度为1 nm量级的绝缘势垒层构成.当外加磁场使两铁磁电极的磁矩由平行态向反平行态翻转时,隧穿电阻会发生低电阻态向高电阻态的转变.自从1995年发现室温隧穿磁电阻(TMR)以来,非晶势垒的AlOx磁性隧道结在磁性随机存储器(MRAM)和磁硬盘磁读头(Read Head)中得到了广泛的应用,2007年室温下其磁电阻比值可达到80％.下一代高速、低功耗、高性能的自旋电子学器件的发展,迫切需要更高的室温TMR比值和新型的调制结构.2001年通过第一性原理计算发现:由于MgO(001)势垒对不同对称性的自旋极化电子具有自旋过滤(Spin Filter)效应,单晶外延的Fe(001)/MgO(001)/Fe(001)磁性隧道结的TMR比值可超过1000％,随后2004年在单晶或多晶的MgO磁性隧道结中获得室温约200％的TMR比值,2008年更是在赝自旋阀结构CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结中获得高达604％的室温TMR比值.伴随着新势垒材料的不断发现和各种磁性隧道结结构的优化,共振隧穿和自旋依赖的库仑阻塞磁电阻等新效应以及磁性传感器、磁性随机存储器和自旋纳米振荡器及微波检测器等新器件逐渐成为科学和工业界所关注的研究与应用热点.对磁性隧道结(MTJ)材料及其器件应用研究和进展进行了简要介绍.
关键词:
巨磁电阻效应
,
隧穿磁电阻效应
,
磁性隧道结
,
第一性原理计算
,
自旋转移力矩效应
,
库仑阻塞磁电阻
,
磁随机存储器
张朝辉
,
吴波
,
张立昆
,
陈拓
,
叶国新
,
王晨
稀有金属材料与工程
从合金热力学的角度,采用四亚晶格热力学模型,辅助以第一性原理总能计算,研究了具有ThMn12原型结构的NdFe10-xCoxMo2金属间化合物中元素的占位有序化行为.结果表明,NdFe10-xCoxMo2系列合金中稀土原子Nd占据2a亚晶格,Mo占据50％的8i亚晶格,Fe和Co原子共同占据8f、8j和剩余50％的8i亚晶格,与实验结果相吻合.在三元合金中,Fe和Co原子的占位分数在8f和8j亚晶格上随温度变化不发生改变.而在四元合金中,由于Fe和Co原子在8f和8j亚晶格上局部固溶更有利于体系稳定,Fe和Co原子的占位分数在8f和8j亚晶格上随温度变化而发生变化.Co原子部分取代Fe原子而不影响体系的占位有序化行为.Fe与Co等成分的NdFe5Co5Mo2合金中Fe原子微弱趋向于占据8f亚晶格,而Co原子则微弱趋向于占据8j亚晶格.
关键词:
稀土金属间化合物
,
有序化行为
,
热力学模型
,
第一性原理计算
赵宗彦
,
赵响
,
易娟
,
柳清菊
稀有金属材料与工程
采用基于密度泛函理论超软赝势平面波方法的第一性原理计算了纯锐钛相TiO2和非金属(B,C,N,F,P,S,Cl)掺杂体系的晶体结构、电子结构和光学性质.计算结果表明,非金属掺杂后由于晶格常数、键长、原子电荷分布的变化导致TiO2的八面体偶极矩增大,这对光生电子-空穴对的分离是十分有利的.由掺杂物的p电子态与O的2p电子态、Ti的3d电子杂化而形成的杂质能级的存在使大多数掺杂体系的带隙减小,从而使TiO2的基本吸收带边红移到可见光区.根据理论结果,系统分析和比较了非金属对锐钛矿相TiO2电子结构和光学性质的掺杂效应,同时非金属掺杂对TiO2光催化材料在可见光激发下的作用也得到了分析.计算结果解释了部分非金属掺杂可以使锐钛矿相TiO2在可见光激发下具有较高光催化活性的原因.
关键词:
锐钛矿相TiO2
,
非金属掺杂
,
光催化活性
,
第一性原理计算
熊远鹏
,
吴波
,
王敏
,
周泽友
,
赵春凤
,
吴育锋
功能材料
doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2014.01.009
采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,在广义梯度近似(GGA)框架下,研究了纯净闪锌矿 ZnS-B3和 Na 掺杂 ZnS 后的晶体结构、电子结构和光学性质.详细分析了不同 Na 掺杂浓度对 ZnS的晶格常数、电子态密度和能带结构的影响,讨论了费米能级附近的电子组态对 ZnS 光学性质的影响.结果表明,掺杂 Na 对 ZnS 光学性能有极大的影响,当Na 离子掺杂浓度为6．25％(原子分数)时,表现出较好的综合光学性质；当掺杂浓度为12．5％(原子分数)时,体系有效负电荷离子浓度增加,S3p 态穿过费米能面,引起 S3p 态电子产生跃迁,在低能量红外区域产生新介电峰,引起光吸收,降低了 ZnS 材料的透红外性能.理论预测结果与文献报道的实验结果相吻合.
关键词:
ZnS红外材料
,
电子结构
,
光学性质
,
第一性原理计算
张立
,
王喆
,
陈述
,
冯于平
,
柯荣现
,
万庆磊
硬质合金
doi:10.3969/j.issn.1003-7292.2014.02.008
过渡族金属碳化物是最常见的硬质合金微观组织结构与性能调控添加剂,添加剂在硬质合金中赋存状态的研究是WC晶粒生长抑制机理研究的基础,也是硬质合金材料与工艺设计的基础.从基于第一性原理计算的理论研究、基于高分辨透射电镜和原子探针层析法的实验观察分析等2个方面,综述了过渡族金属碳化物在WC/β(钴基固溶体粘结相)相界偏析行为的研究现状.基于过渡族金属碳化物在硬质合金中晶界与相界的偏析行为、在硬质相与粘结相中的固溶行为,讨论了硬质合金中WC晶粒生长机理与晶粒生长抑制机理以及过渡族金属碳化物对硬质合金性能的影响机理,提出了硬质合金材料与工艺设计的建议.
关键词:
硬质合金
,
界面偏析
,
高分辨透射电镜
,
原子探针层析法
,
第一性原理计算
华熳煜
,
李益民
,
龙春光
,
李夏
人工晶体学报
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对H2O分子诱生的羟基在六钛酸钾K2Ti6O13 (010)表面的形成过程及其对硅醇在K2Ti6O13 (010)表面吸附性能的影响及机理进行研究.结果表明:引入的单个H2O分子在K2Ti6O13 (010)表面可自发分解为OH-和H+,两者会分别与表面的Ti及其近邻的O结合,进而在表面形成两个羟基；羟基的存在会使硅醇在K2Ti6O13 (010)表面实现由物理吸附至化学吸附的转变,极大地增强了硅醇与K2Ti6O13表面的结合强度,很好地解释了实验现象；电子结构分析表明,羟基改善硅醇在K2Ti6O13表面结合强度的根源应归因于羟基与硅醇中的Osp轨道电子的贡献.
关键词:
第一性原理计算
,
K2Ti6O13
,
硅醇
,
羟基
,
吸附性能
,
电子结构
吴波
,
陈露
,
付金彪
,
张朝辉
,
李强
材料热处理学报
运用相图计算技术,预测了名义成分为Ti-22aAl-27Nb的Ti2AINb基合金在热处理过程中的相结构与相转变,得到了该合金的相转变温度、相比例和各相的成分等重要信息,将材料热力学中的亚晶格模型和第一性原理总能计算相结合,对Ti2AlNb基合金中的主要组成相-O相(有序正交相)中的合金元素在各个亚晶格上的占位分数和有序化行为进行了深入研究,表明O相的有序.无序转变属于具有连续变化特征的二级相变,预测结果与现有实验结果相当吻合.
关键词:
Ti2AlNb基合金
,
相平衡
,
有序-无序转变
,
相图计算
,
第一性原理计算
田相桂
,
张跃
,
杨泰生
人工晶体学报
采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对WO3 (001)的极性表面及其氢吸附特性进行了理论计算.通过对比WO表面和纯氧表面的表面化学势研究了两个极性表面的热力学稳定性,并分别计算了表面的几何结构和电子结构.结果表明:在贫氧环境中WO表面比较稳定,而在富氧环境中纯氧表面更稳定,WO表面和纯氧表面分别呈现n型半导体和p型半导体特性,表面原子通过调整W-O键长和键角实现表面弛豫.氢原子在两个极性表面不同吸附位置的计算表明:对WO表面和纯氧表面,W5c位和O1c位分别是稳定的吸附位置,且两者具有不同的反应特性.
关键词:
三氧化钨
,
极性表面
,
第一性原理计算
,
氢气吸附
