顶刊快讯 | 计算材料前沿最新学术进展精选【第13期】

1、第一性原理：从化学上用杂质散射中的电子掺杂取代铁碳化合物

Charge doping versus impurity scattering in chemically substituted iron pnictides（Phys. Rev. B, 2016, DOI: 10.1103/Phys Rev B.94.094512）

图1有限稀释溶液单一杂质T矩阵中带内和带间浓度归一化的散射率变化图

德国卡尔斯鲁厄理工学院的Alexander Herbig（第一作者）等人在费米能级选择带上对第一性原理进行了系统的研究，同时揭示置换改良122铁碳化合物中电子掺杂与缺陷散射关系的重要性。通过比较不同置换物，得出材料沿着过渡金属族元素发生双断裂。

文：大白

2、加速分子动力学：晶界位错形核的机制转变和对温度强依赖性研究

Mechanism transition and strong temperature dependence of dislocation nucleation from grain boundaries: An accelerated molecular dynamics study（Phys. Rev. B, 2016, DOI: 10.1103/Phys Rev B.94.104110）

图2单原子辅助重组和共同形核位错形核机制下活化自由能的变化情况。

中国科学院力学研究所王云江和日本京都大学 Shigenobu Ogata（共同通讯作者）等人利用加速分子动力学研究了Cu晶界位错形核的机制转变和对温度的强依赖。研究表明，温度对活化自由能和活化体积有很大影响，应变率随临界形核应力的变化而变化。当应变速率从10^(-4)s-1增加到 10^(-10)s-1时，位错形核机制从原子的辅助重组转变为共同形核。

文：大白

3、 蒙特卡罗模拟：准一维碳纳米管内的p-H2的超流体行为研究

Superfluid behavior of quasi-one-dimensional p-H2 inside a carbon nanotube（Phys. Rev. B , 2016, DOI: 10.1103/PhysRevB.94.100502）

图3CNT中p-H2的径向密度分布曲线

近日，意大利比萨高等师范学校的Maurizio Rossi（第一作者）等人报道了他们在准一维碳纳米管内的p-H2的超流体行为研究的最新进展。他们利用从头算理论，对碳纳米管（CNT）中的仲氢原子（p-H2）进行T = 0 K条件下的蒙特卡罗模拟。径向密度分布显示生长于CNT固态同心圆柱壳中的p-H2存在一种能够增加分子数量的强烈的分层现象，并最终形成中柱。值得注意的是，对于CNT在（10,10）处的中心立柱，他们发现了从具有超流性和稳定性的Luttinger液体到微无序外部势能的较宽线密度，这便符合了预期中的内部孔。而被发现的这种超流体行为又可以通过在CNT束中进行实验揭示。总而言之，他们的研究结果表明，CNT中的p-H2可以稳定存在的，同时，解决了仲氢分子难以捕获的问题。

文：Carbon

4、 密度泛函：第一性原理对CeO2中缺陷和裂变的气态原子中电荷状态的DFT+U研究

First-principles DFT+U investigation of charged states of defects and fission gas atoms in CeO2（Phys. Rev. B, 2016, DOI: 10.1103/PhysRevB.94.115132）

图4Ce-O系统不同的阶段中ΔμCe 作为ΔμO函数变化，其中，是红色CeO2，深蓝色是Ce2O3

近日，法国原子能与可替代能源委员会Cadarache中心的Lei Shi（通讯作者）团队报道，他们从第一性原理出发对CeO2中缺陷和裂变的气态Xe和Kr原子中电荷状态的DFT+U研究，并与报道的UO2中的气态Xe和Kr的相应情况进行了对比。他们的计算结果证明在相同电荷态的化学计量和非化学计量的条件下CeO2中具有和UO2中同样的点缺陷信息。其中，空位的电荷态对CeO2裂变气体原子的结合具有重要作用。他们进一步地研究发现，两O空位的肖特基缺陷在(100)方向的结合，存在能量上进一步追踪CeO2和UO2中的Xe和Kr原子的能力。

文：Carbon

5、第一性原理计算：电荷载流子掺杂对1T-TaS2中电荷密度波的调控机制

Manipulating charge density waves in 1T-TaS2 by charge-carrier doping: A first-principles investigation（Phys. Rev. B, 2016, DOI:10.1103/PhysRevB.94.125126）

图5采用低对称性的公度电荷密度波结构研究TaS2块体材料里的电荷掺杂效应

过渡金属二硫化物1T-TaS2具有丰富的电荷密度波序，实验研究表明通过光和电场可调控该材料中的公度电荷密度波的基态性质，这些调控手段被认为是由电荷掺杂所决定的。中科院固体物理所的鲁文建（通讯作者）和孙玉平（通讯作者）等人通过第一性原理计算模拟了电荷掺杂对1T-TaS2中公度电荷密度波的影响。他们研究了电荷掺杂对1T-TaS2电子结构和声子不稳定性的影响，分析了电荷掺杂所引起的体系能量变化和公度电荷密度波结构畸变。他们的结果表明，对1T-TaS2块体材料和原子单层而言，其公度电荷密度波在电子掺杂下是稳定的，但是在空穴掺杂下会被抑制。光或电场诱导的空穴掺杂会使得公度电荷密度波的能量增加，导致体系发生相变。另外，空穴掺杂可使得TaS2具有潜在的超导性（Tc温度为6-7 K）。他们的研究表明1T- TaS2不同态（比如公度电荷密度波/Mott绝缘态、金属态、甚至超导态）之间的转变都是可控的，该材料在电子器件中将有非常广泛的应用前景。

文: nanogold

6、第一性原理计算研究：ScIrP化合物的电子结构和以声子为媒介形成的超导性

Electronic structure and phonon-mediated superconductivity in ScIrP compound: First-principles calculations（Phys. Rev. B, 2016, DOI: 10.1103/PhysRevB.94.094513）

图6(a)-(e) ScIrP在考虑了自旋轨道作用后的三维费米面，(f)六角晶格ScIrP的布里渊区。

美国休斯敦大学的物理系和德克萨斯超导中心Armindo S. Cuamba（第一作者）等人采用第一性原理的方法计算研究了ScIrP化合物的电子结构、晶格动力学和电-声相互作用。他们计算得到该化合物的能带是复杂的三维结构且在布里渊区中心一个空穴袋。自旋-轨道耦合作用的考虑可以消除ScIrP费米能级附近一些能带的简并度。自旋-轨道耦合作用对该材料的声子性质也有很大的影响，它可降低某些声子模式的能量和增加Eliashberg谱函数里主峰的强度，因此将增强电-声耦合作用常数以及提高超导转变温度。根据计算得到该化合物声子频率的对数平均值(161.619 K)和电-声耦合作用常数（0.596）以及设定库仑赝势常数为μ = 0.10，由McMillan公式预测该化合物的超导转变温度Tc为3.6 K，与实验测量值3.4 K非常接近。这些结果表明，ScIrP的超导性起源于以声子为媒介的电子-耦合作用，其电子配对对称性为s波。

文: nanogold

7、密度泛函理论：Fe原子单层对Sb2Te3表面结构和电子性质的影响

Effects of a magnetic Fe monolayer on the structural and surface electronic properties of Sb2Te3（Phys.Rev.B, 2016, DOI: 10.1103/PhysRevB.94.125421）

图7Fe三原子单层沉积于Sb2Te3表面的最稳定结构（即结构模式1）俯视和侧视图，以及能带图

德国亚琛工业大学理论固体研究所的Riccardo Mazzarello（通讯作者）研究组采用基于密度泛函理论的方法计算研究了Fe原子单层沉积于拓扑绝缘体Sb2Te3(111)表面的体系。他们主要考虑了Fe原子高覆盖率的情况以及铁磁构型。在结构弛豫之后，观测到部分Fe原子会渗入衬底表面原子层，由于Fe原子与衬底最表面两层中的Te和Sb原子层形成很强的化学键，导致Fe原子的磁矩减小。计算得到的磁各向异性能表明被沉积的Fe原子单层的磁易化轴是位于平面内的。干净Sb2Te3(111)表面体系具有很强的六角翘曲效应。在Fe原子的覆盖率非常高时，即Sb2Te3(111)的表面单胞内含3个Fe原子，该体系最稳定结构的表面态并不具有Dirac圆锥结构。他们的计算结果将有助于理解磁性杂质沉积于拓扑绝缘体表面相关的实验测量结果。

文: nanogold

8、半导体结构：半导体内超快载流子弛豫和非热相过程中的多重载流子诱导的结构变化

Carrier-Multiplication-Induced Structural Change during Ultrafast Carrier Relaxation and Nonthermal Phase Transition in Semiconductors（Phys. Rev. Lett., 2016, DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.126402）

图8Ge2Sb2Te5的态密度以及低能量激发和高能量激发后相应的几何结构

美国纽约州立伦斯勒理工学院的科学家S. B. Zhang和美国密歇根大学的科学家F. Gao（共同通讯作者）合作利用激发态动力学研究了热相的半导体合金（Ge2Sb2Te5）转变为非热相的结构转变。研究结果发现在低能量激发（LEE）过程中晶格内的载流子散射起主导作用，而在高能量激发过程中多重载流子导致了半导体的非热相转变。

文: Slicon

9、锂硫电池：由黑磷包裹多硫化物组装的锂硫电池改性隔膜

Entrapment of Polysulfides by a Black-Phosphorus-Modified Separator for Lithium–Sulfur Batteries（Adv. Mater.，2016，DOI: 10.1002/adma.201602172）

图9Li-S电池的系统演示简化图以及相应的运行原理

美国斯坦福大学材料与能源科学科学家崔屹教授（通讯作者）等人研究了一种由黑磷覆盖硫化物组成的新Li-S电池隔膜。研究结果发现这种黑磷覆盖层可以大幅度的提高电池的容量和循环利用，暗示黑磷可以作为新的途径来提高的Li-S的电池运行效率。

文：Slicon

本文由材料人编辑部计算组供稿，欧洲足球赛事 编辑整理。

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