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[硕士论文] 王东
物理学 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:随着交换偏置在巨磁电阻效应和磁随机存储器上的广泛应用,人们对磁性薄膜的各方面性质产生了浓厚的兴趣。多层薄膜是自旋阀的基本结构,而薄膜层间的耦合和薄膜之间的界面状况、以及相关效应成为人们所研究的热点。本文利用铁磁共振法,采用能量极小原理讨论了自旋阀结构体系中的铁磁共振问题。详细的研究了自旋阀结构中磁性薄膜层间耦合,和应力各向异性场对体系共振频率的影响,进而得出共振频率随外磁场强度的变化关系曲线。结论得出:本文模型中外应力场强度和方向对系统共振频率影响比较明显,在一定条件下层间耦合强度和交换各向异性场对体系影响也比较强烈;而外应力场方向对光学模共振频率的影响强于声学模;而外应力场强度对声学模共振频率的影响强于光学模。
[硕士论文] 杜贺楠
凝聚态物理 延边大学 2017(学位年度)
摘要:高压物理学的迅速发展,拓宽了凝聚态物理学研究的维度。高压下新型超硬材料和含能材料的合成与设计是当前凝聚态物理和材料科学最具吸引力的课题之一。本文结合晶体结构预测技术和基于密度泛函理的第一性原理的方法,系统的研究了三氮化镁(MgN3)的高压行为。
  在0-100 GPa压强范围内,MgN3晶体发生两次结构相变,相变序列为空间群为Cmmm的结构(α相)→空间群为C2/m的结构(β相)→空间群为P-1的结构(γ相)。在相变过程中,α和β相的N原子成键均是孤立的哑铃状,有趣的是高压γ相中,6个N原子聚合成N6环。在相变过程中,体积发生坍塌,出现不连续变化,属于一级相变。
  预测得出的α相和β相中,导带和价带在费米面附近发生交叠,表明其结构具有金属性质。高压相γ相具有直接带隙,大小是2.033 eV,呈现出宽带的半导体性质。通过计算弹性常数表明,预测得出的α相,β相和γ相都具有动力学稳定性。硬度计算表明,α相具有最大的韦氏硬度是:60 GPa。高压γ相结构中具有N6环,其键长分别为1.352(A),1.357(A)和1.358(A),介于单双键之间。当其分解时,会释放出大约3.99 KJ/g的能量,成为高能量密度材料。
  通过我们的计算表明,高压下三氮化镁具有非常丰富的物理性质,这些结论的呈现对高压下新材料的研究具有参考价值。
[硕士论文] 李非
理论物理 延边大学 2017(学位年度)
摘要:地球的内核主要由铁元素组成,然而大量研究证实地核密度低于相应条件下的纯铁的密度的2%-5%,这表明地核内部还有一些轻质元素存在。氢元素被认为是最有可能存在的元素之一,但确切的化学组分仍然没有明确,因此对于铁基氢化物的研究有重要的意义。
  本文以FeH4作为研究对象,将粒子群优化算法与第一性原理计算相结合,对FeH4的结构进行预测,并对高压引起的结构相变和物理性质做了一系列研究,得出结果为:
  在80-400 GPa的压强范围区间,FeH4具有三个基态结构,随着压强的升高共发生两次结构相变,相变的序列为空间群为P213简单立方的α相→空间群为Imma正交的β相→空间群为P21m单斜的γ相。研究表明,以上三个基态结构的声子谱均未出现声子软化现象,具有晶格动力学稳定性。
  在高压下,预测得到的α相结构表现出绝缘体特性,带隙为2.64 eV。对于高压β相结构,在费米面处其能带发生交叠,说明该相具有金属性。高压下γ相结构的能带表明,导带和价带间的带隙为0.4 eV,为窄带隙半导体。
  对于预测得到的金属β相进行了电子-声子耦合计算,结果表明β相在109.12GPa下的超导转变温度为1.7K。
  上述结论对于探究地核内部Fe-H体系的稳定相及相变特征有重要的意义。
[硕士论文] 王君龙
物理学 西南交通大学 2017(学位年度)
摘要:本文分析了高压下硅化镁和锗化镁金属化及温度对铝和氯化钠Grüneisen参数的影响。首先测量了硅化镁半导体在连续加载压力下的电阻变化情况,实验发现硅化镁在压力约为8.6GPa时电阻出现不连续的变化。根据理论计算预测的在6-8GPa硅化镁将发生金属化相变,我们推测硅化镁电阻不连续变化可能是金属化相变引起的。为了进一步验证这一推测,我们对硅化镁进行了高压原位拉曼光谱测量、高压下电阻随温度的变化曲线测量。硅化镁的高压拉曼实验发现,在压力高于9.7GPa时拉曼峰消失,当压力卸载后拉曼峰又重新出现,预示着在9.7GPa时硅化镁发生了金属化相变,而且这种相变是可逆的。硅化镁高压下的变温实验实验发现,当压力低于10GPa时随着温度的升高电阻是降低的,符合半导体的性质;当压力大于13GPa时随着温度的升高电阻是增加的,符合金属行为。综上,推测硅化镁在9.7GPa左右发生了金属化相变。其次,利用两面顶液压机结合长条形平面对项压砧装置测量了锗化镁在高压下的电阻变化情况,发现锗化镁在压力约为8.7GPa时电阻出现不连续的变化。高压原位拉曼光谱测量发现在压力高于9.8GPa时拉曼振动峰消失,当压力卸载后拉曼峰又重新出现。由于金属相的自由电子浓度高会阻碍了激发光进入样品,进而引起拉曼振动峰消失,因此我们推测锗化镁在9.8GPa发生了金属化相变。采用第一性原理计算对锗化镁在高压下的能带结构和结构相变进行了研究,发现半导体相反萤石结构锗化镁在7.5GPa发生带隙闭合引起的金属化转变,在11.0GPa时相变为反氯铅矿结构。结合理论计算与相关实验报道,我们推测高压下能隙闭合是锗化镁电阻不连续变化的原因,9.8GPa以上锗化镁有可能转变为反氯铅矿结构。采用大幅度增压结合中值定理的方法研究高压下铝和氯化钠Grüneisen参数随温度的变化。设计了内加热的样品组装方式,研究了铝在297-494 K、氯化钠在312-608 K范围内温度对Grüneisen参数的影响。实验结果表明铝和氯化钠分别在2.17GPa、1.46GPa的中点压力下和实验温度范围内,△T/△P值随着温度的升高而增加,铝和氯化钠的Grüneisen参数与温度分别表现为较强的负相关性和弱相关性。
[硕士论文] 肖芬
理论物理 西南大学 2016(学位年度)
摘要:氢,作为宇宙中最轻的元素,是研究凝聚态问题的经典材料。近来,人们理论上预言它在高压下具有高温超导特性。而实验观测方面,固态氢压强达到342GPa仍然保持良好的绝缘性。最近几年,人们逐渐将注意力转向第IV主族的富氢化物。认为借助氢化物分子内其他元素对氢原子电子的化学键“内压缩”效应可能在一定程度上降低其金属化压力条件。对于处在第IV主族第一号元素的富氢化物甲烷(CH4),通过大量理论和实验研究表明:即使压强增加到400GPa,仍未观测到金属化相变的迹象,不具有高温超导性的研究价值。因此,关于高温高压下第IV主族富氢化物的实验及理论研究主要集中在硅烷(SiH4)。
  宏观上,硅烷在高温高压环境下会发生体积的减小和总能的增加。尤其,体积的减小将导致原子或分子间的距离缩小。从量子理论的角度分析,硅氢原子间的间距变化将会导致外层电子的空间布局发生改变,最终引起硅烷的物理和化学性质发生变化。因此,考虑温度与压强对硅烷的电子结构、晶格结构
  及相态的改变,以及分子的键合和解离等对它们的宏观物理性质(包括热、电、光学性质等)的影响,对于人们认识极端条件下凝聚态物质的特性具有极其重要的科学意义;也利于近代自然科学和工程技术中的金属氢问题、高温超导等问题的解决。目前,人们对于高温高压下硅烷的压强、温度、能量、体积变化关系,以及金属相结构和相变区间仍存在较大争议,与之相关的实验数据又比较缺乏。因此,在已有理论、实验研究基础上,本文基于密度泛函理论,对硅烷的高温高压物态方程、相变以及分子的分解和金属化相变进行探讨。我们的研究内容包括固态硅烷在25-300GPa整个压力区间的热力学稳定相,以及在温度为1000K、4000K,低于200GPa的压强范围内液态硅烷的分子分解以及金属化相变,包括电子能带、直流电导率随温度和体积的变化关系。
  我们的研究结论可分为以下两个方面:
  1.采用一种新发展的粒子群优化算法,对高压下固态硅烷进行分子晶体结构预测,重点关注硅烷在25-300GPa压力区间相结构的变化,以及金属相结构的转变条件。加压至55GPa,我们除了搜索到与最新金刚石压砧实验结果一致的结构(I-42d、I41/a)以外,同时还搜索到新的C2/c结构,它与I41/a结构共同稳定存在于55-240GPa的压力区间。在上述整个压力范围内,硅烷均保持良好的绝缘性,直至压力达到240GPa才转变为Pbcn结构,并表现出金属性。研究结果验证了硅烷的金属化相变仅发生在200GPa以上,排除了硅烷在60GPa发生金属化相变而导致其失去透明性的可能性。
  2.通过基于密度泛函理论的分子动力学模拟研究了有限温度区间液态硅烷的物态方程,结合径向分布函数分析了流体硅烷在温度为1000K、4000K,压强低于200GPa以内的分子分解和原子重组,确定出流体硅烷的化学分解是一级相变,并对应着等温线上压强随体积的不连续变化;通过对液态硅烷的(平均)带隙和直流电导率的计算,发现了流体硅烷的离解伴随着非金属相到金属相的转变。
[博士论文] 舒予
材料学 燕山大学 2016(学位年度)
摘要:铋作为一种重要的半金属元素,因其具有很多特殊的物理性能而成为材料学和物理学领域重点研究的模型材料。本文针对铋单质结构的特殊性,采用理论与实验相结合的手段,提出了铋单质的共生多形体结构特征,并对其形成机理和对铋单质物理性能的影响规律进行了系统研究。
  应用粒子群算法和第一性原理计算的方法,预测出了三种铋单质的共生结构,分别命名为CM/Bi,T1/Bi和T2/Bi。这些结构的热力学稳定性非常接近稳态的A7结构,且其在常压下也具有动力学稳定性,表明这些结构存在与A7结构共生的可能性。
  采用高纯铋单质原料(99.999%),通过高温高压(HTHP)的技术手段,在多个实验条件下获得了具有明显共生多形体特征的铋单质样品,将获得的样品结构分析数据与预测结构相比较,发现在原料和高温高压处理的样品中均含有不同程度的铋共生结构。对比不同压力和温度处理的样品结构特征,发现当铋单质经历可逆相变(固固相变或固液相变)后,容易形成更丰富的共生结构关系。
  采用差示扫描量热法(DSC)和原位透射电子显微镜(TEM)技术对2GPa下高温处理的铋单质共生多形体的熔化行为进行了研究。结果表明:与普通的铋单质相比,高温处理的铋单质共生多形体的DSC曲线中出现一个附加吸热峰,由此提出了铋单质共生多形体在熔化前存在结构弛豫过程。
  采用高能同步辐射X射线,对2GPa以及4GPa压力下铋单质高温液相结构进行了原位研究。研究结果表明:在2GPa条件下铋单质在775?975℃的温度范围内发生一个明显的液液(L/L’)相变,同时在降温过程中L’的结构将被保留,从而遗传到低温状态中。通过所获得的径向分布函数g(r)曲线,分别构建出了L与L’相的液态结构;与L相的类层状结构相比,L’相体现为混乱程度更高的链式结构特征。这种链式结构和其遗传效应可能是形成铋单质共生多形体的原因。
  对不同压力和温度条件淬火后获得的铋单质共生多形体进行磁性测量,发现,当压力处于~1.5?3GPa,温度高于1000℃时获得的铋单质共生多形体具有明显的铁磁性。其铁磁性的大小与压力和淬火温度之间存在密切的联系。
  对2GPa超高温(大于2300℃)样品进行电输运性质研究发现,与原料和较低温度处理的样品比较,超高温处理的样品在低温下体现出更大的磁电阻效应(约为真空重熔样品的10倍)和更小的Hall效应。通过对不同样品的载流子进行定量分析后,发现在超高温处理的样品中,其主要空穴载流子(h1)的迁移率与普通铋单质以及低温处理样品相比有了明显的提高;同时,高温处理的铋共生多形体中还存在着独有的次要空穴载流子(h2),这两种载流子的变化是导致其电输运性质发生改变的主要原因。通过对CM、T1和T2结构能带的第一性原理计算发现,共生结构模型能够很好地解释这种载流子特性的变化规律。
[博士论文] 苏光明
农业机械化工程 浙江大学 2015(学位年度)
摘要:中国传统的黄豆酱是通过酱曲的长时间发酵而成,成品黄豆酱不仅均有独特的风味,而且营养丰富,广受消费者喜爱。但是,由于传统的黄豆酱制作工艺要求的发酵时间长,严重制约了黄豆酱产量的提高,从而间接地增加了生产成本,不利于产品竞争力的提高。发酵在本质上是酱曲中微生物的代谢活动和酶的催化反应的过程,若能通过技术手段加强发酵过程中微生物的代谢活动和/或酶促催化反应,则可以缩短发酵所需的时间或增强发酵的效果。研究表明,高静压对酶(蛋白质)具有一定的活性调控作用,通常表现为:(1)较低压力可激活酶的活性,(2)较高的压力可钝化酶的活性。
  本课题创新性地将超高压技术与中国传统的黄豆酱生产工艺相结合,将制备完成但还未开始发酵的酱曲进行超高压处理,分析了不同压力对处理后酱曲中对品质有至关作用的米曲霉外胞酶的活性的影响,并进行动力学模型拟合,寻找能最大程度地激活酱曲中米曲霉胞外酶活性的超高压处理参数,并选用该最优处理条件进行黄豆酱发酵试验,对发酵后的成品进行品质分析,包括颜色、氨基酸组成和香气特征。同时,将品质分析结果与市售典型的黄豆酱进行对比,分析利用超高压技术缩短传统黄豆酱的发酵过程、改善成品品质(增强发酵效果)的可行性,目的是为传统的黄豆酱生产工艺的产业化升级提供一种新手段。同时,本课题根据现有的超高压装备在温度监控方面的不足,设计和开发能有效监控超高压加工过程中温度变化的温度监测和控制单元,并通过试验进行验证。
  本论文的主要研究结果如下:
  1.较低压力的超高压处理可激活酱曲PPO活性,在压力为200~300MPa、保压时间为10min时,PPO酶活性增加到116~135%,而当处理压力大于350MPa,PPO活性呈显著下降;通过模型拟合,PPO的压变动力学在不同的压力范围内呈现不同的特征:100~200MPa的HPP处理对酱曲PPO激活符合两段式一级动力学模型(R2≥0.970);250~300MPa的HPP处理对PPO的激活符合一级分数转换模型(R2≥0.994);而350~500MPa的HPP处理对PPO的钝化效果符合两段式动力学模型与一级动力学模型的混合模型(R2≥0.995)。
  2.通过对发酵后成品黄豆酱的色泽进行分析,酱曲经过200~300MPa超高压处理,可显著加速黄豆酱在发酵过程中酱色素的形成,总色差较对照样品由显著增加,改善了黄豆酱的色泽品质。
  3.酱曲中性蛋白酶(pH=7.5)和碱性蛋白酶(pH=10.0)受压力的影响规律类似,在150~500MPa压力范围内,酶的压变动力学模型符合两段式一级动力学模型。中性和碱性蛋白酶经100~300MPa压力处理活性有显著提高。250~300MPa、5~10min的超高压处理,酱曲中性蛋白酶和碱性蛋白酶活性分别从对照样品的39.7和48.68U mL-1升高至120U mL-1以上,酶活性的增加比均超过240%;而较高的压力处理(350~500MPa,0~20min)对蛋白酶的活性有显著的钝化作用。
  4.酱曲经过(250、300MPa,5、10min)的HPP处理,可增加在发酵过程中生成和积累的氨基酸含量,HPP处理黄豆酱的干基总氨基酸含量范围为7.0817~9.5332g100g-1,显著高于市售样品的总氨基酸含量,同时也符合国标GB/T24399-2009对黄豆酱总氨基态氮含量的要求。结果表明:利用HPP处理提高酱曲蛋白酶的活性后,在较短的发酵时间内,可形成比传统工艺生产的黄豆酱更多的氨基态营养成分。
  5.较250MPa相比,300MPa的HPP处理(保压时间5 min)有利于发酵过程中Glu、Asp和Ser的生成和积累,可显著增强黄豆酱的鲜味特征;在处理压力为300MPa时,较5min的保压时间相比,10min的保压时间不利于发酵过程中氨基酸的生成和积累,但具有降血压功能的GABA含量明显增加,含量由0.0606g100g1提高至0.0613g100g1,增加的百分率为1.16%。
  6.电子鼻技术和LDA分析法可有效区分出市售黄豆酱和超高压处理黄豆酱样品,不同压力处理对黄豆酱香气特征值影响显著。较市售样品相比,超高压黄豆酱的香气具有某种共性特征,且该共性受压力大小的影响具有一定的方向性。
  7.黄豆酱香气经HS-SPME-GC-MS可分析出共约60种芳香化合物,包括醇类化合物8种,醛类化合物10种,酸4种、酯类化合物22种,烷烃类化合物8种及其他7种化合物;表明经过超高压处理的黄豆酱香气的主要组分发生变化;在保压时间为5或10min时,增加处理压力有利于醇、醛、酸类化合物的生产和积累,但不利于酯类化合物的生成和积累;相同的处理压力,较长的保压时间(10min)可得到浓度更高的芳香组分,且有利于在酱曲在发酵过程中醇、酸、酯和烷烃类物质的形成和积累,但不利于醛类物质的生成和积累。
  8.设计了超高压设备辅助装置并进行试验验证。包括温度检测系统(热电偶传感器)和温度保护系统(绝热小容腔)。验证试验表明设计的辅助装置能有效地在高压(0.1~500MPa)和常温、低温下使用。
[硕士论文] 赵凯
凝聚态物理学 中国工程物理研究院 2014(学位年度)
摘要:由于动静高压实验结果的巨大差异,过渡金属的高压相图一直备受争议。作为高压实验中的常用压标材料之一,4d金属Mo的高压相变问题依然没有得到澄清。而确定物质的结构形态,也是研究其他物理性质的基础。基于预加热冲击波实验和数值模拟,本文将试图阐释Mo的相交路径,并在此基础上研究其热力学、弹性等性质,具体内容及成果如下:
  1.基于密度泛函理论系统的计算了bcc,fcc,hcp,dhcp四种结构的热力学参数,发现Mo在620 GPa处发生bcc-dhcp结构相变,计算的相变压力与[Phys.Rev.Lett.101(2008)049602]报道的计算结果相差约40 GPa。利用准谐Debye模型计算了bcc和dhcp结构Mo的热力学性质。结果表明,结构相变会导致293 K等温线在620 GPa处出现明显的间断,并引起热力学性质发生变化。
  2.考虑热电子激发的影响,分别计算了初始温度为293,933,1698,2600 K的冲击Hügoniot温度。结果表明,高温下热电子激发可以有效的降低材料的冲击温度。在LLNL有限温度弹性常数解析模型的基础上,本文计算了400 GPa范围内不同初始温度的冲击波实验的高压声速。计算结果与最新的实验数据[Phys.Rev.B89(2014)174109]吻合。同时本文发展的计算方法,可以推广到其他金属材料的高压声速计算,以便为实验中的声速测量提供有意义的指导。
  3.基于EAM多体势的分子动力学固液共存技术,在NPT系综下模拟了Mo的熔化曲线。与动高压实验以及其他理论计算相符合,但显著高于静高压的实验结果。利用公共近邻分析技术发现,在~200 GPa以下,Mo以bcc结构存在;在200 GPa以上,在较低温区以多相并存的复杂结构存在,在高温区则又重新变为单相的bcc结构,直至加热熔化。
  4.基于预加热冲击波实验技术,测量了初始温度为933 K的Mo在324.6和373.3 GPa两个压力点的冲击温度和卸载到LiF界面(对于卸载压力为153.1和176.6 GPa)的界面温度。测量的两个卸载温度实验数据与理论计算的熔化曲线有着较好的符合性,为澄清Mo的动静高压实验熔化温度的差异提供了新的数据支持。
[博士论文] 王贵林
工程力学 中国科学技术大学 2014(学位年度)
摘要:随着近20年来脉冲功率技术的快速发展,磁驱动平面加载实验技术已逐渐成为材料超高压动态特性研究的重要手段。目前主要采用n型平行电极板结构,脉冲电流沿相反方向同时流经两个电极板,一个电极板平面上电流产生的磁场与另外一个电极平面上的电流相互作用产生平滑上升的磁压力。作为介于准静态加载和冲击加载的新型实验手段,它能同时加载多个样品或飞片,一发实验可提供样品从数十kbar到数Mbar的准等熵参考线,发射宏观铝飞片的速度已达到45km/s。磁驱动准等熵加载下的材料响应数据对于校验材料本构模型和状态方程至关重要,在材料动力学特性、武器物理、高能量密度物理和天体物理等方面也具有重要的应用前景。
  应用磁驱动平面加载实验技术,要获取更有应用价值的高压物态方程数据,基于装置特性提高加载能力和获取实验数据精确性显得尤为重要。准等熵加载获取的偏离Hugoniot数据对于校验状态方程的合理性至关重要,数据的不确定度决定了它的有效性和应用范围。从多个方面降低获取数据的不确定度是现在磁驱动加载实验技术应用到材料状态方程研究的关键技术。本文主要从负载区优化设计、电流波形调节技术、多项诊断技术耦合研究、磁驱动加载实验状态数值模拟、数据处理方法和应用等方面入手,分析实验和处理方法中可能存在的不确定度来源,逐步开展从模拟到设计、实验诊断到分析、装置加载能力到应用的相关研究,形成可为高压物态方程研究提供高精度参考数据的磁驱动平面加载实验技术。
  本文主要研究内容包括:
  (1)磁驱动加载负载区优化设计
  通过开展负载区静态磁场分布模拟,由初始构型的磁场分布通过迭代计算逐步给出优化的负载区构型参数,以满足磁驱动加载平面性、均匀性和同步性的要求。其中,磁驱动加载的均匀性和同步性是获取实验数据不确定度的主要来源。
  (2)电流波形调节技术研究
  首先,根据物理实验的要求,参考相关电极和样品材料的SESAME数据库状态方程数据,计算实验需求下的理想电流波形。再通过包含负载耦合的装置全电路模型开展多支路脉冲功率发生器的计算分析并确定相应的汇流方案,实现磁驱动电流的波形优化和调节,以获取高精度的实验数据。
  (3)多项诊断技术耦合研究
  为获取超强磁场、超高压加载下的实验信息,除开展负载电流波形测量外,还将通过无接触测量技术开展样品速度-时间历史等波剖面信息测量,通过全光纤多普勒位移测量技术(DPS)、光波-微波混频速度测量技术(OMV)、任意反射面位移干涉测速系统(DISAR)和线VISAR成像技术开展相关诊断。另外,为耦合诊断获得的实验数据,还将通过时序控制将其关联起来。
  (4)磁驱动平面加载实验状态数值模拟
  分别结合装置等效电路模型和磁驱动平面加载状态模拟方法,开展不同装置和负载结构的实验加载状态模拟。从而计算负载电极和样品中的压力、密度和粒子速度等物理参量的计算,预估分析实验加载状态,以指导各种应用方向的实验设计(高速飞片发射、磁驱动准等熵压缩特性研究等)。另外,比较模拟和实验结果,在分析实验现象的同时校验和修正了模拟程序,形成了可指导实验方案改进和实验数据设计的实验加载状态模拟方法,确保磁驱动加载实验的顺利开展。
  (5)实验数据处理方法
  数据处理主要包括由实验测量速度干涉信号到速度历史的处理、波剖面信息到材料状态方程信息的计算等。本文着重于数据处理方法、负载加工、参量测量等方面带来的不确定度分析,并通过改进以实现获取状态方程数据的不确定度初步满足状态方程模型的校验需求。
  (6)应用于高压物态方程研究
  基于装置的输出特性,开展了超高速飞片发射实验设计,发射尺寸φ10mm×0.725 mm的Ly12铝飞片速度达到11.5 km/s以上。另外,开展了LiF窗口材料在准等熵压缩下的光学特性研究,标定了LiF窗口材料直到50 GPa准等熵压力下的折射率系数和界面速度修正因子。从而开展了样品/LiF窗口界面的速度历史测量,初步获取了铝和钽的准等熵压缩参考线。
  本文基于装置输出特性,开展磁驱动平面加载实验技术研究,形成了一套负载结构、电极和样品尺寸及电流波形的设计方法,并结合实验状态数值模拟,用于指导实验方案设计与检验。另外,发展耦合了多项诊断技术,并通过改进的实验数据处理方法,以获取更有价值的高压物态方程数据。获取的初步成果,证实了基于多支路脉冲功率装置的磁驱动平面加载实验技术在高压物态方程研究中的广泛应用前景。
[硕士论文] 郭钰
理论物理 山西大学 2013(学位年度)
摘要:随着计算机的快速发展,计算机模拟技术可以获得许多实验上难以获取的材料微观结构方面的重要信息,并越来越受到大家的关注。它的发展对理论和实验的发展都可以起到推动作用。而铝和铁在日常生活和工业国防中都被广泛应用,研究它们的高压相变具有重要意义。
   本文采用分子动力学方法分析研究单晶铝、单晶铁在高速率等变形压加载条件下的结构相变情况,主要是讨论它们在等变形压加载下的相变规律与相变机制。我们分析了样品在加载过程压力、温度随应变的变化规律,并采用键对分析方法、径向分布函数等方法,分析晶体相变过程中微观结构的演化与新相的形成特点等。
   等变形压加载下单晶铝相变的模拟结果揭示了,当金属铝在加压到270Gpa左右,体积缩小至0.55V0时,其结构将由面心立方结构转变为体心立方结构,这一模拟计算的结果与第一原理计算的结果大致符合吻合的较好。在相变完成后,bcc相的晶界界面以3个界面为主,它们是(011),(101)和(-110)界面。
   等变形压加载下单晶铁相变的模拟结果揭示了铁在该条件下发生相变的临界压力值约为28.5GPa;样品在不同应变下压力的变化趋势相似,即弛豫初期压力都会出现突变,弛豫过程中下降到某个值后达到平衡,且平衡压力随应变的增大而增大;随着应变的增大,样品开始产生相变所需的时间越来越短;随应变的增大,hcp相的原子数减少,而fcc相的原子可以达到40%,当应变到了0.1694的时候,fcc相的质量分数超过了hcp相的质量分数,这说明了相邻原子层间发生了滑移。本文的研究结果为从微观上深入研究铝、铁的相变特性提供了重要依据。
[硕士论文] 罗征亮
凝聚态物理 四川师范大学 2013(学位年度)
摘要:利用改进的Ginder-Epstein模型研究聚苯胺黑的双极化子态。首先,给出其键序波幅、芳环扭角、电子能级、理论吸收谱和电荷分布,并与极化子进行对比。结果发现双极化子激发能为3.08eV,晶格驰豫宽度涉及12格点与极化子相当;键交错驰豫深度大约为极化子的2倍,畸变中心芳环扭角高达68.35°大于极化子中心扭角的2倍。两个能隙态几乎简并,吸收谱低能峰为1.6eV。接着,通过改变模型参数V2,0的值来表示对过苯胺黑聚合物施加压强,计算了不同压强下聚苯胺黑聚合物的双极化子态,发现聚苯胺黑聚合物中的双极化子的能隙、键序波幅、芳环扭角、电子能级、理论吸收谱和电荷分布都随着压强的变化而变化,计算结果表明从零压增加到4.20 GPa,双极化子的激发能从3.45eV减小到1.23eV,此时双极化子的能带消失,双极化子导电变为电子导电.这结果与实验上观察到的随压力增大聚合物电导率增高直至饱和的现象相吻合,可确认过苯胺黑聚合物的双极化子导电机制。最后,用分子动力学模拟方法,探究了高压下双极化子在匀强电场中的漂移情况,计算出了双极化子的迁移率随压强的变化是先增加后减小最后至饱和的情况,饱和压强在4-5Gpa之间。并且进一步得出压强对聚苯胺黑聚合中的双极化子电导率达到最大值约为321 cm2/(V.s)。使得我们的理论支持掺杂的聚苯胺黑聚合物具有金属的导电性。
[硕士论文] 张旭平
工程力学 中国工程物理研究院 2013(学位年度)
摘要:磁驱动加载技术是近十年来国际上发展起来的一种新的实验加载技术,在材料动力学、动高压物理、冲击动力学和高能量密度物理等方面展现出广泛的应用前景。磁驱动准等熵加载是一种介于冲击和准静态之间的加载路径,既能将样品材料压缩到高压、又能保持较高等熵程度的准等熵过程,也是冲击压缩和准静态等温压缩实验之间的重要桥梁。本文研究的是磁驱动加载技术的另一种能力,即磁驱动飞片发射技术。美国利用该类加载技术,实现了45km/s的飞片速度,这是迄今为止人类在实验室所实现的宏观金属飞片发射的最高速度纪录。
  本文在综述了国内外磁驱动飞片发射技术研究进展的基础上,基于本实验室所研制的CQ-4磁驱动等熵加载装置,通过实验和数值模拟,系统地研究了磁驱动飞片发射的物理过程,通过对负载区的初步优化设计,实现了15.2km/s的超高速宏观金属飞片发射。研究工作为后继的空间碎片防护、材料高压物性研究等均具有较大的参考和应用价值。论文取得的主要研究结果如下:
  1、依据本实验室磁驱动实验装置的等效电路,建立了可带入参数为表达式的电路计算程序,结合LS-DYNA980-EM动力学计算软件,实现了一种耦合电路分析的磁驱动飞片计算方法。初步解决了耦合电路分析的磁驱动飞片物理过程计算问题,为磁驱动发射超高速飞片实验的优化设计奠定了重要基础。
  2、基于耦合电路的三维磁流体动力学软件LS-DYNA980-EM,开展了磁驱动高速飞片驱动电极板结构的设计和优化研究。设计结果表明:1)驱动电极板沿电流方向设计成带“刻槽”和“耳朵”结构有利于电流和磁场分布均匀化的调整,缩短电极板的长度,给出了不同宽长比条件下“刻槽”和“耳朵”的较佳值;2)驱动电极镗孔结构比非镗孔结构更有利于加载面磁场均匀分布,同时有利于提高飞片平面度,主要原因是镗孔壁的存在减小了边侧变形;3)减小极板长度可使负载回路电感和电阻减小,缩短极板长度有助于提高飞片的速度和极板的加载压力。
  3、基于CQ-4磁驱动实验装置开展了超高速飞片发射实验研究,将初始尺寸Φ5×0.35mm铝飞片发射至15.2km/s的超高速度,解决了10.7km/s以内飞片速度连续测量的问题。利用对称碰撞法和光纤探针阵列等诊断技术,研究了飞片的平面性和有效厚度,为冲击动力学领域的超高速撞击实验室模拟、材料的冲击压缩特性研究提供了重要支撑。实验数据验证了基于数值模拟的驱动电极板优化设计的结果,测量结果表明,对初始尺寸12(长)×9.2(宽)×0.73(厚)mm的飞片,速度达到6.5km/s时,直径Φ6mm范围内飞片平面性优于11ns、飞片的有效厚度约0.447mm。
[硕士论文] 武仕杰
凝聚态物理 武汉理工大学 2013(学位年度)
摘要:目前诸多的证据表明,外地核中除了主要成分铁(Fe)之外,同时含有10wt%的原子量小于Fe的轻元素,例如氧(O)、硫(S)、硅(Si)等。然而,外地核中究竟含有何种轻元素?这些轻元素的存在对地球磁场的形成机理和外地核的温度分布,乃至地幔柱形成与地幔对流有何影响?是目前地球动力学研究的热点科学问题。但是以人类目前的技术而言,还不能直接获取来自地球深部的样品,一般实验也难于达到地球深部条件下的温度和压力。而高温高压科学与技术为限定外地核的组分提供了重要途径,其原理就是通过高温高压技术将外地核候选物质置于高温高压环境下测量其密度和声速,并在相同的环境下与外地核的密度和声速相比较,来限定外地核中的主要轻元素。
   根据Fe-O-S体系(Fe90O8S2和Fe92.5O2.2S5.3)在高温高压下的状态方程和声速实验数据,Huang等人(Nature,2011)发现Fe90O0.5S9.5体系的密度和声速在相同的环境下与外地核的密度和声速更匹配,因此他们建议外地核是贫氧的。根据地球化学研究成果,外地核中S的含量不能超过2wt%,所以外地核极有可能是Fe-S-Si体系。但是在研究Fe-S-Si体系之前,非常有必要系统研究在高温高压下S对纯铁的状态方程、声速和熔化温度的影响。这是因为目前有关Fe-S体系在高温高压下的声速数据却鲜有报道。而对于S元素在高压下对纯铁熔化温度的影响,目前的研究结果也只是定性描述。因此在前期的工作基础上,本文选取Fe88.2S11.8(Fe/FeS混合物,Fe/FeS质量百分比:67.66/32.34)作为研究对象,利用动高压加载技术对其声速进行了测量,并取得了部分创新性成果。本文的研究内容主要包含以下4个方面:
   1.用可加性方法对多种铁合金的Hugoniot线分别进行了计算,并将计算结果与实验测量结果进行了对比,发现计算结果与实验测量的Hugoniot线是一致的。从而进一步证明了可加性方法能够准确预估混合物的Hugoniot线,这对外地核候选物质状态方程的研究具有重要意义。
   2.利用动高压加载技术测量Fe88.2S11.8样品在高压下的声速。应用反碰法和光分析技术,在40GPa~210GPa压强范围内测量了Fe88.2S11.8样品的纵波和体波声速,首次给出了Fe-S体系在高温高压下的声速测量数据。通过实验数据对比发现,Fe88.2S11.8体系的体波声速在高压下要明显高于纯铁的体波声速,但是要小于Fe90O8S2的体波声速。由此可见O对Fe的声速的影响要大于S。
   3.高压下Fe88.2S11.8熔化行为的研究。根据上述压缩波随压强的变化趋势,发现Fe88.2S11.8体系在110Gpa由纵波声速完全变为体波声速,即在该压强点恰好完全熔化。根据能量守恒,该压强点的平衡熔化温度为2260K。以该点为参考点,通过Lindemman熔化定律可以得到Fe88.2S11.8体系在高压下的熔化温度。与已有的Fe-S、Fe-O和Fe-O-S体系的高压熔化曲线进行对比,首次发现S元素的含量与纯铁熔化温度的降低基本成线性关系,而O元素几乎不影响纯铁的熔化温度。此研究结果对外地核的温度剖面限定具有重要意义。
   4.外地核温度和压强环境下Fe-S体系的密度和体波声速的研究。根据已有的Fe和FeS的状态方程及热力学参数,对Fe88.2S11.8混合物的密度和声速进行理论分析和数值模拟计算,发现与实验测量结果是一致的,表明上述热力学方法和所用相关参数是合理、准确的。利用上述方法迸一步计算了Fe-S体系在外地核下的密度和声速。同Fe88.2S11.8相比,Fe90S10体系的密度和声速与外地核的密度和声速更加匹配。这进一步证实了Huang等人(Nature,2011)的推论正确性,即外地核是贫氧的。综合地球化学的研究成果,外地核中S的含量不能超过2wt%,因此外地核极有可能是Fe-S-Si体系。
[硕士论文] 王力
原子与分子物理 四川师范大学 2013(学位年度)
摘要:本文采用基于密度泛函理论的广义梯度近似方法研究了稳态六方petrov原子序列结构的Ge2Sb2Te5的晶体结构、电子和光学性质。计算所得的平衡晶格参数与实验数据以及先前的理论结果吻合很好。基态的能带结构和态密度计算结果表明了稳态六方petrov原子序列结构的Ge2Sb2Te5持有金属性。压强影响下的晶格参数和态密度结果表明稳态六方petrov原子序列结构的Ge2Sb2Te5分别在17GPa和34 GPa出现不稳定,暗示在此压强下相变的发生,与2009年Krbal等人的实验结果相吻合。本文还系统地研究了稳态六方petrov原子序列结构的Ge2Sb2Te5高压下的光学性质,得到了高压下的复介电函数、吸收率、反射率、折射率、消光系数和电子能量损失谱在20 eV内的变化情况。计算的高压下复介电函数和反射率也显示了与电子性质相同的相变压。最后,本文根据准谐德拜模型预测了稳态六方petrov原子序列结构的Ge2Sb2Te5的热力学性质,获得在温度和压强影响下的热容量、德拜温度和热膨胀系数变化的曲线图。结果发现恒温下,热容量随着压强的增大而减小,德拜温度随着压强的增大而增大;恒压下,热容量随着温度的升高而增大,而德拜温度随着温度的升高而减小,并且温度越高,减小的越快;在低压时,热膨胀系数很高,而当压强增加时,热膨胀系数呈现线性减小的现象,但是对于一个给定的压强,热膨胀系数随着温度迅速增大,曲线呈现线性增大的趋势。
[博士论文] 李莉
理论物理 山西大学 2012(学位年度)
摘要:铝是地壳中含量最丰富的金属元素,同时也是应用极为广泛的工业材料,对其基础特性的研究对材料学、地球科学等都具有非常重要的意义。本论文利用分子动力学(MD)模拟方法研究了单晶铝在单轴加载和等变形压加载条件下的相变过程。讨论了沿不同晶向加载及在等变形压加载条件下单晶铝发生相变的规律,重点从相变晶体学的角度分析了单晶铝在沿不同晶向加载及在等变形压加载条件下的相变机制。通过追踪原子运动轨迹,得到了单晶铝滑移的路径,为进一步分析铝的相变过程提供了理论依据。
  在单轴加载条件下,铝在沿[001],[011],[111]三个晶向的加载过程中都会发生fcc-hcp相变,但相变特征和相变机制与加载晶向密切相关。加载方向为[011]及[111]晶向时所呈现的相变特征和相变机制非常类似,但与沿[001]晶向加载时所呈现的相变特征和相变机制截然不同。其中沿[001]晶向加载时,fcc-hcp的相变临界压力在90 Gpa左右,对应应变为0.32。而沿[011]及[111]晶向加载时的相变临界压力分别为14 Gpa和17 Gpa,对应形变分别为0.107和0.114。
  在单轴加载下,沿不同晶向加载时,单晶铝的相变机制有所差异,通过追踪原子的滑移路径,得到了沿不同晶向加载时的相变机制并进行了分析讨论。研究结果显示:沿[001]晶向加载时的相变为完全相变,相变机制可以认为分两步进行。第一步,fcc结构铝中不同区域的的(010)和(100)晶面在加载过程中[001]晶向的晶格变短,上述两晶面转变为hcp的(0001)晶面。第二步,在由fcc(010)晶面转变为hcp(0001)晶面的这一区域,fcc{010}晶面族上的相邻两晶面的原子在压力超过临界压力后分别沿[100]和[(1)00]晶向滑移。与此同时,在由fcc(100)晶面转变为hcp(0001)晶面的这一区域,fcc{100}晶面族上的相邻两晶面的原子沿[010]和[0(1)0]晶向滑移。在这两步结束后,铝由原来的fcc相转变为hcp相。并且hcp相主要以孪晶的形态存在,孪晶界面为(110)面。另外还有一部分原子以fcc堆垛层错的结构形式存在,这部分堆垛层错构成的晶面主要为(100)和(010)晶面。随后的研究发现沿[001]晶向加载相对应的卸载过程有逆相变的出现,其中,逆相变过程的相变压力大约为71 Gpa,比加载时的相变压力要小一些,逆相变出现了滞后现象。
  沿[011]和[111]两个晶向加载时出现的fcc-hcp相变为不完全相变。当相变结束后,仅有大约20%的原子排列为hcp结构,其它仍以fcc结构或无序原子结构排列。沿这两个晶向加载时的相变机制可归结于不全位错沿滑移面的滑移。当加载方向为[011]晶向时,hcp相在四个属于fcc{111}晶面族的滑移面(111)、((1)11)、(1(1)1)、(11(1))上生长为典型的层片状结构。而当加载方向为[111]晶向时,由于剪切应力在(111)晶面上的分量为0,所以,不全位错不会再(111)面上发生滑移,而是在fcc{111}晶而族的另外三个晶面上,即((1)11)、(1(1)1)、(11(1))晶面上进行滑移。最后在((1)11)、(1(1)1)、(11(1))三个晶面上形成典型的层片状结构。
  随后本文进一步研究了在等变形压加载条件下铝的结构相变。在等变形压加载条件下,铝在250 Gpa左右会发生fcc-bcc的相变。但并未在相应的低压段发现fcc-hcp相变。在相变过程中,随着压力的提高,相变开始的时间越来越短。整个相变完成所需要的时间随体系初始压力的上升呈指数下降的趋势。
  模拟中我们详细考察了相变的结构特征,结果发现,在样品的不同区域,旧相——fcc相的两个属于{111}晶面族的原子密排面——(1(1)1)和(11(1))晶面转变为新相——bcc相的原子密排面(011)面。而fcc结构中的(11(1))晶面和(1(1)1)晶面的分界面(0-11)成为bcc结构中的晶界界面。
  对单晶铝在等变形压加载条件下出现fcc-bcc结构相变的相变机制的研究表明:相变主要来源于原子排列的四种运动:原子间距的拉伸和压缩;原子排列沿相应晶向的剪切;晶面间的滑移和晶面的旋转。相变过程中,在fcc相(1(1)1)晶面转变为bcc相(011)晶面的这一区域,沿[2(1)1]晶向排列的原子之间的间距缩短,与此同时,沿[011]晶向排列的原子之间的间距拉长,在原子间距发生变化后,原子排列会沿[010]或晶向发生剪切,紧接着,fcc结构的(11(1))晶面中的相邻两晶面沿[2(1)1]晶向滑移。而在在fcc相(11(1))晶面转变为bcc相(011)晶面的这一区域,沿[21(1)]晶向排列的原子之间的间距缩短,与此同时,沿[011]晶向排列的原子之间的间距拉长,在原子间距发生变化后,原子排列会沿[001]晶向发生剪切,紧接着,fcc结构的(1(1)1)晶面中的相邻两晶面沿[21(1)]晶向滑移。最后,fcc结构中的(11(1))和(1(1)1)晶面转变为现在bcc结构中的(011)面。最后,已发生结构转变的晶面还要有一个旋转的过程,旋转晶面为bcc结构的(011)面,旋转的角度大约为6.5°。在晶面旋转结束后,相变过程也随之结束。
  基于分子动力学计算模拟,本论文对铝在单轴加载条件下的相变过程和等边形压加载条件下的相变过程开展了细致分析,研究结果为从微观上深入认识铝的相变特征提供了重要依据。
[硕士论文] 李韬
凝聚态物理 四川师范大学 2012(学位年度)
摘要:在改进的Ginder-Epstein模型的框架内,采用高远亮等人的施压方法,对过苯胺黑聚合物孤子在不同压强下结构进行了自洽迭代计算。结果表明:当压强增大到5.69GPa时,全部芳环扭角减小至零,键交错波变为一直线,键长和芳环扭角二聚化消失,孤子驰豫的几何结构完全消失。电子结构方面,零压下具有2.3eV宽能隙的两个子带随压强增大逐步减小,直至5.69GPa时合为一体,成为近半满的单能带。能带的变化表明体系已经由半导体变为金属导体。至此,压强进一步增大对过苯胺黑的几何结构和电子结构不再发生影响。孤子激发能随施压而降低,至5.69GPa时孤子浓度提升了54个数量级。据此我们提出压强5.69GPa为孤子淬灭的临界压强,也就是该聚合物由半导体变为金属导体相变的临界压强。
   采用分子动力学模拟方法,研究了不同压强下孤子在电场中的漂移情况,计算了压强对孤子迁移率的影响,进而根据半导体理论得出了压强对过苯胺黑电导率的影响。结果表明,随着压强从零压增加至6.77GPa的过程中,孤子迁移率先增加后不变,压强在0~5.24GPa时迁移率由4.70×10-5cm2/(V.s)增大到56.06×10-5cm2/(V.s)而饱和,约为零压下迁移率的12倍。迁移率的饱和压强和孤子浓度的饱和压强很接近。
   对高压电导率起主导作用的是孤子浓度,迁移率随压强的变化起着辅助的作用。这些结果与该崔硕景、鲍中兴等人对该聚合物的高压电导率测量中发现的饱和压强吻合。
[硕士论文] 唐明杰
理论物理 四川师范大学 2012(学位年度)
摘要:运用基于密度泛函理论的第一性原理,本文采用CASTEP软件模拟计算LiF、MgO这两种窗口材料的理想以及分别含空位点缺陷晶体在高压下的电子结构以及光学性质,通过对计算所得结果的分析和研究,提出了可能物理机理解释他人实验测量数据。
   论文一共分为五章,其中第一章概述研究背景、研究现状、有待解决的问题和全文研究思路;第二章主要介绍相关理论基础和本文所采用模拟计算软件;第三章模拟计算在高压下氟化锂理想晶体和分别含空位缺陷(V-1Li、V+1F)晶体在~102Gpa压力范围的电子结构以及光学性质,研究其在冲击压缩状态下的折射率变化行为以及状态方程;第四章模拟计算氧化镁理想晶体在高压下的电子结构和光学性质;第五章模拟计算缺陷对高压下氧化镁晶体电子结构和光学性质的影响。
   本文主要工作和结论如下:
   (1)基于密度泛函理论,运用CASTEP模拟软件计算理想以及分别含空位缺陷(V-1Li、V+1F)的氟化锂晶体在102Gpa压力范围的电子结构以及光学性质,研究在冲击状态下氟化锂晶体的折射率变化行为以及状态方程,结果显示,理论计算结果与实验测量数据的趋势一致,从而说明从空位缺陷的物理机理解释在冲击压缩状态下的LiF折射率变化行为和状态方程是合理的,并且在计算方案中考虑了冲击压力的变化而引起的空位浓度变化的情况。
   (2)计算100Gpa压力范围内MgO理想晶体的电子结构和光学性质,计算结果表明:随着压力的增加光吸收带边会蓝移,并且~69.4Gpa冲击压力下的光吸收曲线在可见光区内并不存在光吸收。在100Gpa的冲击压力范围内,MgO理想晶体的折射率会随着压力的增加而增加,而且压力越高增加越快。
   (3)通过对MgO空位缺陷的计算,当O+2空位存在时,MgO的能隙中出现缺陷能级,从而导致其在可见光范围内的出现了不同程度的光吸收(光吸收系数随着波长的增加而减小),与实验结果一致。另外,当O+2空位存在时,折射率有明显增加;而当Mg-2存在时,折射率只有微弱下降,以上结论为高压实验提供了理论参考。
[博士论文] 王保田
理论物理 山西大学 2011(学位年度)
摘要:高压相变是材料物理中关注的热点研究问题之一,它对揭示材料结构、电子结构等有重要科学意义,在化学、生物科学及地球科学中也有很重要的应用价值。利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,我们主要研究了以锕系为主的重金属及其氧化物在静压力下所发生的结构相变、等构相变及相变路径,同时也对由于压力引起的电荷转移、电导以及磁性等性质的变化进行了系统研究。具体地讲,本论文主要有三部分的内容:锕系二氧化物(AO2,A=Th、U、Np或Pu)的高压相变特性及其基态电子结构、磁性、力学性质、热力学性质(第三章和第四章);第Ⅳ族过渡金属锆及钛锆合金高压下的相变、弹性、超导电性及电荷转移(第五章);过渡金属氧化物PbCrO3的高压相变及强关联局域性、状态方程及磁结构等(第六章)。
  对锕系二氧化物(AO2,A=Th、U、Np或Pu)及钍的两种氢化物ThH2和Th4H15的计算表明:U、Np和Pu中的5f电子对其化合物的电子结构有较重要的影响,需要采用LDA+U方法进行计算,而对不含5f电子的钍化合物体系则只需用GGA方法就可得到它们的结构特性。固定U在4eV,采用LDA+U方法,我们得到了较传统的DFT计算更符合实验结果的U、Np或Pu氧化物电子结构。根据电子结构分析,发现Th-O、U-O、Np-O及Pu-O键可以被理解成具有混合的离子/共价特性,Pu-O、U-O和Np-O键比Th-O键具有更强的共价性,而Th-O键离子性最强。弹性常数及声子谱结果表明AO2常压相都是稳定的。对ThO2及PuO2而言,其从Fm(3)m到Pnma相转变压强分别为26.5GPa和24.3GPa;发现它们的高压相分别在80-130GPa和75-133GPa区间会发生等构相变,Pnma相PuO2在133GPa附近有金属态转变。通过第一性原理PuO2拉伸实验获得了不同特征方向拉伸情况下的力学特性,首次给出了PuO2的理论抗张强度,发现Pu-O键离子/共价性在拉伸下将减弱,并会发生绝缘体-金属态转变。弹性常数及声子谱结果表明体心四方结构ThH2为稳定相,而萤石矿型ThH2是力学和动力学都不稳定的亚稳相。
  利用GGA方法,研究了第Ⅳ族过渡金属锆及等原子钛锆合金的高压相变特性。首先,我们得到了α与ω相锆及等原子钛锆合金的基本参数,计算结果显示所得到的结构参数、弹性常数、弹模、泊松比、超声波速、德拜温度及状态方程与相关实验结果符合的很好。计算预测锆(钛锆合金)在T=0 K时α→ω及ω→β结构相转变压分别为-3.7GPa(-13.8GPa)和32.4 GPa(33.9GPa)。预测α与ω相为力学稳定相,而β相在0压时为力学不稳定相。β相锆及钛锆合金加压分别至3.13GPa和2.19GPa时才会满足力学稳定条件。锆金属的低压β相满足低弹模条件。动力学稳定性测试表明β锆在低于26 GPa时都是动力学不稳定的。对锆及钛锆合金,加载过程中的s-d电荷转移在压力引起的力学性质强化方面都起着重要的作用。我们基于β锆声子谱沿[111]及[110]方向的软模振动,给出了β→ω及β→α转变的相变路径。通过计算电-声耦合常数研究了锆的超导电性,发现计算所得Tc与实验结果是相符合的。发现超导电性的压力行为主要与d轨道电子有关。β锆的Tc在30GPa附近出现极大值主要是因为TA1软模。加压过程中锆的所有三种结构Tc增加或减小都与电声耦合常数λ的相应行为有密切关系。
  利用LDA+U及GGA+U方法,对过渡金属氧化物PbCrO3的高压相变特性进行了研究。发现只有在LDA+U方法中调整参数U到4 eV附近,才可以获得和实验相符的铁磁或反铁磁基态,充分说明了该材料中的强关联局域性。R3相PbCrO3-CrPbO3和实验低压相Ⅰ是一致的,而Pm3m和R3c相PbCrO3与实验高压相Ⅱ相符。预测加压下R3相PbCrO3-CrPbO3到Pm(3)m相PbCrO3相变压为1.5GPa,R3相PbCrO3-CrPbO3到R3c相PbCrO3相变压为-6.7GPa。在很宽的能量范围内,Cr-3d和O-2p轨道具有明显的杂化。计算结果表明实验相Ⅰ体积大是因为实验样品中包含了CrPbO3,而相Ⅰ的高压缩性和低压下就开始的PbO6/2八面体向CrO6/2转换有很大关系。
  
[硕士论文] 吴松洁
光学 黑龙江大学 2011(学位年度)
摘要:高压物理学是研究物质在高压条件下的物理行为的一门学科,它已经广泛地受到人们的重视。碱金属材料在高压下会表现出和常压下不同的性质,可以让金属材料变成绝缘体或者半导体,这对研究合成新材料有广阔的前景,而近年来采用基于密度泛函理论的第一性原理方法成为材料科学的重要计算研究方法。
   本文针对外载条件下碱金属电子结构与光学性质的复杂变化行为,采用第一性原理的方法研究了三种碱金属(Li,Na,K)材料的结构与光学性质在高压条件下的改变变化规律。第一,采用第一性原理的方法分别计算了Li,Na,K的光学性质。第二,对碱金属元素施加静水压力,并分析在不同应力作用下碱金属吸收光谱、折射率、反射率等性质的变化,指出了静水压力对光学性质的显著影响。最后,通过对某一单轴进行加压,研究Li,Na,K的光学性质的变化行为。从而在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。结果表明,在压力作用下,碱金属(Li,Na,K)的光学性质都发生了一些改变,这为促进碱金属的发展提供了重要的实验理论与理论基础。
[硕士论文] 刘伟峰
理论物理 中国工程物理研究院 2010(学位年度)
摘要:Atom-in-Jellium模型是一个非常实用的模型,它把凝聚体看成是由原子放入均匀电子气中所形成的系统,在此基础上采用“丸盒”(muffin-tin)电荷密度近似,晶体的多面体元胞被球对称元胞所代替,并用电子气加之电中性条件来模拟某原子周围其他原子对它的作用,因此,整个体系被简化成单原子模型,从而避免了能带方法在应用中的复杂性。
  整个体系有有限个束缚态和一系列的连续谱,束缚态可以通过数值求解Dirac方程而获得;对于连续谱中较低能量和较低角动量的部分,可以采用波函数内插的方法来处理,从而可以方便地处理连续谱中的共振态;对于较高能量和较高角动量部分的连续谱则采用Thomas-Fermi-Dirac模型来处理。
  Atom-in-Jellium模型可以方便地计算高温、高压下的物态方程,并可以描述压致离化和温致离化的过程。利用这个模型,我们计算了铜在高温、高压下的物态方程,给出了较低温度和较高温度下的压强与能量等温线、可显示温致离化和压致离化趋势的电荷数曲线以及共振态的态密度;同时,结合一些人们熟知的冷能、冷压的计算方法以及根据自由体积理论导出的晶格热能、热压的计算方法,我们计算了铜的理论Hugoniot曲线并与实验数据做了对比。研究表明,在实验数据所在的密度范围内,计算结果与实验结果符合得非常好。
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