密度泛函理論在材料計算中的應用

第 1章 密度泛函基礎理論框架 1
1.1　薛定諤方程　1
1.2　交換關聯(lián)泛函　5
1.2.1　局域密度近似　6
1.2.2　廣義梯度近似　7
1.2.3　LDA(GGA) U軌道相關泛函　10
1.3　贗勢理論　13
1.3.1　Norm-conserving贗勢　13
1.3.2　Ultrasoft贗勢　16
1.3.3　PAW贗勢　17
1.4　KS方程的解法　19
1.5　晶體總能　21
1.5.1布里淵區(qū)積分　21
1.5.2密度自洽步進方法　23
1.5.3總能的計算　23
1.6　結(jié)構(gòu)優(yōu)化　24
1.7　電子態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)　25
1.7.1　電子態(tài)密度　25
1.7.2　能帶結(jié)構(gòu)　26
第　2章 計算實例簡介　28
2.1　半導體材料　28
2.1.1　IMZOm的應用背景　28
2.1.2　IMZOm的實驗特征　33
2.1.3　IMZOm的計算研究概況　37
2.2　儲能材料　40
2.2.1　MXenes的應用背景　40
2.2.2　MXenes的計算研究概況　41
2.3實例計算內(nèi)容　43
2.3.1　IMZOm的計算內(nèi)容　43
2.3.2　MXenes的計算內(nèi)容　50
第3章　半導體材料晶體結(jié)構(gòu)計算　53
3.1　晶體結(jié)構(gòu)存在的問題　53
3.2　計算方法　55
3.3　IMZOm調(diào)制結(jié)構(gòu)模型和HRTEM模擬結(jié)果　56
3.4　IMZOm結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的第 一性原理研究　61
3.5　IZOm結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和形成機制　64
3.5.1　IZOm的不同晶體結(jié)構(gòu)模型　64
3.5.2　結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和形成機制　66
3.6　計算結(jié)論　72
第4章　半導體材料電子結(jié)構(gòu)計算　74
4.1　體系結(jié)構(gòu)關聯(lián)的電子結(jié)構(gòu)特征　74
4.2　標準計算結(jié)構(gòu)模型　76
4.3　計算方法　77
4.4　計算結(jié)果分析　78
4.4.1　ZnO和In2O3的電子結(jié)構(gòu)　78
4.4.2　IZOm的態(tài)密度　80
4.4.3　IZOm的能帶結(jié)構(gòu)　82
4.4.4　IZOm的電子有效質(zhì)量和最優(yōu)化輸運路徑　85
4.5　計算結(jié)論　89
第5章　半導體納米結(jié)構(gòu)電子輸運性質(zhì)計算　90
5.1　半導體納米結(jié)構(gòu)電子輸運I-V曲線特征　90
5.2　納米線MSM結(jié)構(gòu)模型　94
5.2.1　空間電荷區(qū)的勢能分布　94
5.2.2　納米線的子帶結(jié)構(gòu)　97
5.3　金屬半導體接觸端的電子輸運特征　98
5.3.1　電流的能量分布　100
5.3.2　接觸端區(qū)域的電子輸運過程　103
5.4　MSM結(jié)構(gòu)I-V特性曲線特征　105
5.4.1　不同單元位置的電子輸運特征　105
5.4.2　I-V特性曲線　109
5.5　IZOm納米帶電子輸運特征　111
5.5.1　實驗結(jié)果　111
5.5.2　MSM結(jié)構(gòu)模擬　112
5.5.3　SCL輸運　113
5.5.4　跳躍輔助的束縛態(tài)電子能帶輸運模型　115
5.6　計算結(jié)論　118
第6章　儲能材料結(jié)構(gòu)形成機制　120
6.1　MXenes結(jié)構(gòu)形成存在的問題　120
6.2　計算方法　121
6.3　插層Ti3C2的結(jié)構(gòu)特性及形成機理　121
6.3.1純Ti3C2和Ti3C2嵌入單一原子的基態(tài)結(jié)構(gòu)　121
6.3.2　Ti3C2與單一原子相互作用的形成機理　124
6.3.3　Ti3C2與F和O相互作用的形成機理　128
6.3.4　Ti3C2與F、O以及H相互作用的形成機理　130
6.3.5　Li插層的形成及其電荷儲存機制　132
6.4計算結(jié)論　135
第7章　儲能材料結(jié)構(gòu)動力學變化　137
7.1　MXenes結(jié)構(gòu)變化問題　137
7.2　計算方法　137
7.3　含H基團對Ti3C2Tx結(jié)構(gòu)動力學的影響　138
7.3.1　表面官能團的形成機理　138
7.3.2　Ti3C2Tx的支柱　140
7.4　計算結(jié)論　145
第8章　二維儲能材料不同類型離子擴散機理　146
8.1　MXenes的離子擴散問題　146
8.2　計算方法　146
8.3　離子擴散勢能面　148
8.4　離子擴散分子動力學模擬　153
8.5　計算結(jié)論　156
參考文獻　157