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　結構優(yōu)化　24
1.7　電子態(tài)密度和能帶結構　25
1.7.1　電子態(tài)密度　25
1.7.2　能帶結構　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實例計算內容　43
2.3.1　IMZOm的計算內容　43
2.3.2　MXenes的計算內容　50
第3章　半導體材料晶體結構計算　53
3.1　晶體結構存在的問題　53
3.2　計算方法　55
3.3　IMZOm調制結構模型和HRTEM模擬結果　56
3.4　IMZOm結構穩(wěn)定性的第 一性原理研究　61
3.5　IZOm結構穩(wěn)定性和形成機制　64
3.5.1　IZOm的不同晶體結構模型　64
3.5.2　結構穩(wěn)定性和形成機制　66
3.6　計算結論　72
第4章　半導體材料電子結構計算　74
4.1　體系結構關聯的電子結構特征　74
4.2　標準計算結構模型　76
4.3　計算方法　77
4.4　計算結果分析　78
4.4.1　ZnO和In2O3的電子結構　78
4.4.2　IZOm的態(tài)密度　80
4.4.3　IZOm的能帶結構　82
4.4.4　IZOm的電子有效質量和最優(yōu)化輸運路徑　85
4.5　計算結論　89
第5章　半導體納米結構電子輸運性質計算　90
5.1　半導體納米結構電子輸運I-V曲線特征　90
5.2　納米線MSM結構模型　94
5.2.1　空間電荷區(qū)的勢能分布　94
5.2.2　納米線的子帶結構　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結構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　實驗結果　111
5.5.2　MSM結構模擬　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　計算結論　118
第6章　儲能材料結構形成機制　120
6.1　MXenes結構形成存在的問題　120
6.2　計算方法　121
6.3　插層Ti3C2的結構特性及形成機理　121
6.3.1純Ti3C2和Ti3C2嵌入單一原子的基態(tài)結構　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計算結論　135
第7章　儲能材料結構動力學變化　137
7.1　MXenes結構變化問題　137
7.2　計算方法　137
7.3　含H基團對Ti3C2Tx結構動力學的影響　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　計算結論　156
參考文獻　157