变分法在量子物理学中氦原子基态能量计算中的应用

变分法在量子物理学中氦原子基态能量计算中的应用

一、变分法在计算量子物理基态氦原子能量中的应用(论文文献综述)

朱浩[1](2021)在《自旋-轨道耦合与转动诱导的旋量F=2玻色-爱因斯坦凝聚中的新奇量子态》文中研究指明自旋-轨道耦合已经成为当前量子物理、凝聚态物理、材料科学等领域的一个前沿科学问题。超冷原子系统为研究自旋-轨道耦合效应提供了很好的平台,其诱导出的不同拓扑非平庸的量子态对于新材料的模拟、设计具有重要的理论指导意义。本文针对材料科学中的Skyrmion激发和畴壁等现象,运用F=2的铁磁相及循环相玻色-爱因斯坦凝聚体系统研究了拓扑相变、畴壁结构以及新颖的拓扑量子激发态,取得了一系列创新性研究成果:首先,本文研究了自旋-轨道耦合对旋量F=2的铁磁相玻色-爱因斯坦凝聚系统中拓扑相变的影响。研究表明,自旋-轨道耦合导致的自旋粒子流可以诱导反方向的正则粒子流。正则角动量与相分离程度可以作为“探针”来描述一阶或二阶相变。通过调节自旋-轨道耦合强度,可以得到许多不同的拓扑激发,包括相分离态、Anderson-Toulouse涡旋以及偶极-涡旋格子。另外,当自旋-轨道耦合很强时,系统中出现了两条相互垂直的涡旋链。与原子自旋单态-对相互作用不同,自旋-交换相互作用可以对拓扑相变产生影响。该工作揭示了系统拓扑相变的规律,为深入理解高自旋量子系统的物理性质以及对其进行调控提供了理论依据与指导。其次,本文研究了畴壁结构在旋量F=2铁磁相玻色-爱因斯坦凝聚系统中的演化。在转动玻色-爱因斯坦凝聚中,可以利用拉曼激光产生Rashba-Dresselhaus自旋-轨道耦合与Rabi耦合。为了诱导畴壁结构,自旋-轨道耦合与转动都是必不可少的。研究发现畴壁的速度场与传统的skyrmion激发的速度场有明显的不同。利用畴壁宽度、相对粒子数、相分离程度、均方根半径以及角动量(包括正则角动量与自旋角动量)作为“探针”,该工作研究了转动与自旋-轨道耦合作用下畴壁的演化。在另一方面,当Rabi耦合强度超过某一临界值时,畴壁结构可以被破坏掉。在Gaussian噪声作用下,畴壁结构可以长时间稳定存在,这也为实验上探测这种拓扑激发提供了重要的参考条件。最后,本文在旋量F=2的玻色-爱因斯坦凝聚中研究了一种新颖的量子态。当转动速率很慢且原子自旋-交换相互作用很弱时,在循环相中无法观察到涡旋核。然而,较强的原子自旋-交换相互作用可以诱导涡旋-亮孤子结构的产生。在这种拓扑结构中,具有质量的孤子会分布在涡旋核之中。通过分析不同分量的速度场,可得在涡旋-亮孤子结构中速度场是沿着逆时针方向转动的。此外,通过增强原子密度-密度相互作用,更多的涡旋-亮孤子结构被激发且呈轴对称分布。值得注意的是,所有涡旋-亮孤子结构都沿着逆时针方向转动,这与涡旋-反涡旋对是完全不同的。通过在数值计算中调节原子密度-密度相互作用与转动速率,研究发现当角动量呈现“跳跃”时,拓扑相变发生。本工作揭示了转动与强自旋-交换相互作用诱导涡旋-亮孤子结构产生与演化的物理机制,为在高自旋系统中操控拓扑相变提供了新的方向。

吴彬[2](2021)在《Mn4+掺杂A3XF7型氟化物荧光粉的第一性原理计算》文中研究指明

梁钊[3](2021)在《双金属原子掺杂石墨烯电催化氧/氮还原反应机理研究》文中研究表明化石能源的大量使用带来的能源危机和环境问题已经开始制约人类的发展并威胁到人类的生存。因此,人类必须开发新能源,改变能源利用方式以应对能源短缺和环境恶化带来的困境。燃料电池作为一种高效的能量装换装置,能供应清洁的电能。传统的合成氨方法消耗了大量的能源并排放大量温室气体,相较而言电化学合成氨提高了能源的利用效率,降低了温室气体的排放,为解决当前严峻的能源和环境问题提供了新的方法。氨气作为用途广泛的化工原料和储能物质,通过电化学合成氨则提供了将电能清洁转换和存储的方法。通过电化学反应进行能量转换和储能是解决能源和环境问题的有效方法。然而这些电化学反应能否高效发生依赖于具有高活性、良好的选择性和稳定性的电催化剂。本文基于密度泛函理论(DFT)系统地研究了五种第三周期过渡金属(Fe、Co、Ni、Cu和Zn)组成的15种双金属原子掺杂石墨烯,考察了不同金属原子组合对氧还原反应(ORR)和氮还原反应(NRR)催化活性的影响。主要结论如下:(1)形成能和结合能计算确定了双原子催化剂具有很强的稳定性,分子动力学模拟也证实了这一点。电荷分布和分波态密度(PDOS)侧面证实了催化剂的稳定性以及金属原子是可能的活性位点,对能带结构计算证实金属原子的掺入通常有利于提高导电性。(2)氧还原反应的理论研究:通过DFT计算得到了ORR中间体的吸附构型和吸附能,以及基于ORR四个基本步骤的自由能变化数据。电子结构计算表明,不同金属原子间配对改变了d带中心,继而调节了ORR的催化性能。部分金属二聚体(Fe-Fe、Fe-Zn、Co-Zn和Zn-Zn)表现出过强的吸附能力,导致OH基团作为配体保留在基底上形成新的催化剂显着提高了催化活性。计算了含氧物种吸附自由能的线性关系并推导出经典的火山图,其中Co Zn OH@NC表现出最好的催化性能。(3)氮还原反应的理论研究:分波态密度分析证实金属原子的未占据和占据的d轨道是有效激活N2的关键。15种金属二聚体中Fe-Fe和Co-Co可以选择性地吸附和活化N2,它们的限制电势为-0.44和-0.45 V,比大多数催化剂优越,也优于同类单原子催化剂,并且它们可以很好地抑制析氢反应(HER)。而且Fe-Fe和Co-Co的NH3解吸自由能分别为0.54和0.57 e V,保证了催化剂的良好循环耐久性。

余科毅[4](2021)在《含有缺陷的二维材料Ti3C2的力学性能研究》文中提出

杨莹莹[5](2021)在《Ⅴ族元素替位掺杂碳化硅纳米管的结构与物性研究》文中研究说明

李莹[6](2021)在《高温条件下氯苯硫酚为前体物气相和团簇表面形成硫代二恶英机理的理论研究》文中研究表明二恶英是环境中典型的氯代芳烃类化合物,包括75种多氯代二苯并对二恶英(PCDDs)和135种多氯代二苯并呋喃(PCDFs),可以通过蚱蜢跳效应在全球范围内迁移转化,2,3,7,8-四氯代二苯并对二恶英(2,3,7,8-TeCDD)是人类目前已知的毒性最大的化合物。硫代二恶英可以看做是PCDDs和PCDFs含氧三环上的氧原子被硫原子不同程度地取代得到的二恶英类似物,包括多氯代噻蒽(PCTAs)、多氯代吩恶噻(PCPTs)和多氯代二苯并噻吩(PCDTs)。硫代二恶英是非故意产生的,主要来自金属冶炼、废物焚烧等高温过程,并且在土壤、水体沉积物、烟气和生物组织等多种环境介质中广泛被检测到。PCTA/DT/PTs分子量大、毒性高,其形成过程中产生的中间体和过渡态用实验方法难以捕捉,因此理论计算研究PCTA/DT/PTs形成机理的热力学和动力学性质意义重大。硫代二恶英的形成机理主要包括气相均相反应、表面反应(从头合成和前体物非均相催化合成)以及硫代二恶英分子的氯化和脱氯。其中气相形成机制主要包括三类反应,即前体物的自由基-自由基反应、分子-自由基反应和分子-分子反应。本论文采用密度泛函理论(DFT)的相关方法,在MPWB1K/6-311+G(3df,2p)//MPWB1 K/6-31+G(d,p)水平下,对 2-氯苯硫酚(2-CTP)为前体物在高温气相及二氧化硅团簇表面形成硫代二恶英的机理进行了详细的研究。为了解释相关计算结果,本论文从分子层面进行了拓扑分析,采用小曲率隧道效应校正的正则变分过渡态理论(CVT/SCT)计算了 600-1200 K温度范围内关键基元反应的速率常数,此外还对产物的水生毒性进行了预测,得到的主要研究结果如下:1.2-CTP和2-CTPR经分子-自由基反应生成PCTA/DTs的机理研究在热解或燃烧条件下PCDTs的浓度远高于PCTAs的浓度,为了从机理上解释这一现象,本论文对2-氯苯硫酚(2-CTP)和2-氯苯硫基自由基(2-CTPR)经分子-自由基反应机制生成PCTA/DTs的机理进行了详细的研究。为了解释相关的计算结果,本论文进行了拓扑分析,如HOMO-LUMO轨道分析、电子定域化轨道分析、表面静电势分析,从分子层面给出了验证。此外,本论文还对相关基元反应进行了速率常数计算,对产物的生态毒性进行了评估。结果表明:相比于2-CP和2-CPR分子-自由基反应生成PCDD/DFs,2-CTP和2-CTPR经分子-自由基反应生成PCTA/DTs在热力学和动力学上更容易发生;PCDTs的形成比PCTAs更具竞争性,这在一定程度上解释了实验上PCDTs浓度高于PCTAs的现象;2-CTP和2-CTPR经分子-自由基反应生成PCTA/DTs的主要产物是DT、TA、1-MCDT和1-MCTA;产物分子的氯化程度越高,硫代二恶英的毒性越大。2.2-C PR和2-CTPR经自由基-自由基交叉缩合反应生成PCPT/DT/DFs的机理研究目前关于PCPTs形成机理的研究鲜有报道,本论文采用密度泛函理论,对2-氯苯氧基自由基(2-CPR)和2-CTPR高温气相条件下经自由基-自由基交叉缩合反应生成PCPT/DT/DFs的机理及动力学进行了研究,探讨了 H2O对PCDT/DFs生成的影响。此外,对PCPT/DT/DFs形成路径中关键基元反应的速率常数进行了计算,拟合了阿伦尼乌斯方程,对产物毒性在三个营养级水平(鱼类、蚤和绿藻)上进行了预测。结果表明:2-CPR和2-CTPR交叉缩合形成PCPTs的过程中,主要产物是PT和4-MCPT;2-CPR和2-CTPR交叉缩合形成PCDF/DTs的主要产物是4,6-DCDF;水分子在H迁移过程中起到桥环的作用,影响了反应能垒,但是并没有改变最优反应路径;在氯取代程度相同的情况下,PCPTs的毒性高于PCDDs和PCTAs;对自由基-自由基耦合生成二恶英和硫代二恶英的难易程度进行排序发现,对于PCDD/PT/TAs而言,2-CTPR自缩合>2-CPR和2-CTPR的自由基交叉缩合反应>2-CPR自缩合,对于PCDT/DFs则是2-CPR和2-CTPR交叉缩合>2-CTPR自缩合反应>2-CPR自缩合反应。3.2-CTP在二氧化硅团簇表面生成PCTA/DTs的机理研究二氧化硅是粉煤灰的主要成分,相比于微量金属,燃烧产生的高浓度的二氧化硅会为氯酚、氯代苯硫酚提供大量的吸附位点,势必会对其后续生成二恶英产生一定的影响。本论文采用高精度的量子化学计算方法,在MPWB1K/6-311+G(3df,2p)//MPWB1 K/6-31+G(d,p)水平下对 2-CTP 为前体物在(SiO2)3O2H4 和(SiO2)3团簇表面生成PCTA/DTs其机理展开了详细地研究。结果表明:相比于(Si02)3O2H4团簇,2-CTP更容易化学吸附在(SiO2)3团簇表面上,形成高度稳定的氯酚盐,这可能与(SiO2)3团簇端位含有不饱和氧原子有关。2-CTP在二氧化硅团簇表面生成硫代二恶英遵循两种反应机理:在Langmuir-Hinshelwood(L-H)机理中,两个2-CTP分子吸附到团簇表面后,通过C-C耦合最终仅生成PCDTs;在Eley-Rideal(E-R)机理中,第一个2-CTP分子吸附到二氧化硅团簇表面形成稳定的氯酚盐后,直接与气相中的第二个2-CTP分子发生反应,经C-C耦合和S-C耦合最终分别生成PCDTs和PCTAs。从计算的能垒和反应热来看,二氧化硅对2-CTP为前体物生成硫代二恶英有一定的催化作用,但是催化效果较为温和。

周密[7](2021)在《镉原子动力学多极极化率的计算》文中研究表明随着激光制冷和俘获技术的快速发展,原子光钟的精度得到了巨大的提高。目前最好的Sr原子晶格钟的精度已经达到了 10-18量级。在确定基本物理常数、检验洛伦兹不变性和寻找新物理等领域中,相关实验对原子光钟的精度提出了更高的需求。发展更高精度的原子光钟需要精确控制光钟原子与外场的相互作用,降低系统的不确定度。Cd原子在室温下具有较小的黑体辐射频移,被提议为原子光晶格钟的新候选体系。实验上确定Cd原子的魔幻波长后,斯塔克频移的领头项被有效地消除。同时,多极极化率和高阶斯塔克频移的重要性显现出来,这需要定量评估。相对论芯极化势联合组态相互作用方法广泛应用于重原子的结构属性计算中,在定量和定性地预测重原子的性质中发挥了重要作用。相对论芯极化势方法只包括原子实与价电子之间相互作用的领头项,而忽略了高阶芯极化势。随着核电荷的增加,以及对精度的高要求,高阶芯极化势对原子结构属性的影响需要定量分析。本论文首先采用基于B样条的Hartree-Fock和Dirac-Fock方法,计算了闭壳层原子体系的原子轨道和基态能量。然后采用包含高阶芯极化势的相对论芯极化势联合组态相互作用的方法计算了 Cd原子光钟态的动力学多极极化率,并分析了高阶芯极化势对Mg、Cd、Sr等光钟体系极化率的影响。本论文的主要内容有:(1)发展了基于B样条基组Hartree-Fock和Dirac-Fock程序,理论计算了闭壳层原子体系的基态能量,并进行了收敛性检验。通过与其它理论方法下的计算结果相比较,验证了程序的正确性与可靠性,为本论文两价电子原子体系中核实部分的计算奠定了基础。(2)在相对论芯极化势联合组态相互作用方法中考虑了高阶芯极化势,计算了 Mg和Sr原子的约化矩阵元和静态偶极极化率,并与未考虑高阶芯极化势的结果进行了详细的对比,研究了高阶芯极化势对Mg和Sr光晶格钟极化率的影响。(3)计算了不同的芯极化势下Cd原子静态偶极化率和多极极化率,详细评估了高阶芯极化势对能量、约化矩阵元和多极极化率的影响,发现了高阶芯极化势对激发态的影响更大。与现有文献的详细比较表明,考虑高阶芯极化势是提高重原子结构计算结果的一种简单有效的方法,且此方法能够推广应用到更多电子原子体系非S态的结构性质计算当中。

戚晓秋[8](2021)在《类氦轻离子的超精细劈裂和同位素位移理论研究》文中提出氦和类氦离子一直是精密测量和精密计算物理研究的焦点。其能级结构的高精度理论计算在基本物理常数的确定、量子电动力学的检验以及核物理的探索等方面都有着至关重要的作用。随着实验测量精度的提高,许多原子核效应对跃迁谱线的细微影响显现出来。从而使得原子精密光谱的研究成为了窥测原子核结构的一个重要平台。例如,通过超精细劈裂和同位素位移的研究,可以分别提取核电磁半径(Zemach radius)与核电四极矩,以及核电荷半径平方差。这些原子核结构参数是原子核内部结构和运动的外在表现,其高精度的确定在检验核结构模型进而探索精确核力理论上具有重要意义。本文主要研究类氦离子的超精细劈裂与同位素位移。利用非相对论量子电动力学(NRQED)理论,系统研究了类氦三体系统超精细劈裂与同位素位移直至mα6阶的修正。具体内容如下:(1)研究了 6Li+和7Li+离子的23S1态的超精细劈裂,提取了 6Li和7Li核的Zemach半径。研究确定的Zemach半径大于Puchalski和Pachucki的值,且对于6Li和7Li的差异分别为1.5和2.2个标准差。其中6Li的Zemach半径与通过核电半径和磁半径得出的核物理值有超过6个标准差的显着差异,这表明了 6Li的核结构异常。此异常目前理论还无法解释。此外,本文将得到的Zemach半径用于计算6,7Li+的23PJ态的超精细劈裂,其中7Li+的结果比以前的理论值提高了一个量级。此项工作将进一步促进Li+离子和Li原子精密光谱的研究,为今后Li+离子高精度实验测量提供了理论依据。(2)研究了 6Li+和7Li+的2 1S0-2 3S1和23S1-23PJ跃迁的同位素位移,其中质移计算精度比以前的理论预言提高了一个量级。该结果为今后高精度确定6Li和7Li核电荷半径平方差提供了理论基础。同时,通过对2 3PJ态精细劈裂同位素位移的计算,分析了实验与理论差异的原因。结合对23S1-23PJ跃迁的同位素位移的实验测量,确定了 6Li和7Li的核电荷半径平方差为0.768(65)fm2,明显更新了 Drake等人的结果。如果实验的测量精度提高一个量级,则有望更高精度确定6Li和7Li核电荷半径平方差,从而为Li原子核的进一步探索提供重要的信息。(3)本文将Li+离子的工作推广到类氦Be2+离子。研究了 7Be2+和9Be2+离子的23S1和23PJ态的超精细劈裂。其中9Be2+超精细劈裂结果的不确定度约为几十ppm,精度比以前的理论和实验值高出两个量级。同时,给出了不包含核四极矩贡献的7Be2+的超精细劈裂结果,其不确定度小于100ppm。此外,提出了基于精密光谱确定Be核性质的方案,为Be核的研究打开了一扇新的窗口。一旦实验测量达到同样的精度,就可以高精度地确定9Be的Zemach半径,且不确定度在3%以下,同时也可以提取7Be的核电四极矩。

孟召仓[9](2021)在《MAX相材料Ti3AlC2中辐照缺陷的第一性原理研究》文中进行了进一步梳理人们对能源需求的持续增长以及日益严重的环境问题迫切要求人类加强对化石燃料之外新型能源的研发。由于受控核聚变的诸多好处,它被认为是未来能源的重点发展方向。然而,聚变堆中强辐照环境引发的辐照损伤问题是对结构材料的重大考验。一方面,由高能中子入射引发的原子级联碰撞会使得材料晶格原子发生离位现象;另一方面,由高能中子在材料中诱发的杂质氢(H)和氦(He)很容易被离位效应产生的晶体缺陷所捕获,形成氢泡或者氦泡。这些缺陷最终会导致材料出现脆化、肿胀,以及蠕变等,使得材料的使用寿命大大缩短。因此,核聚变的实现将十分依赖于材料在强辐射场中的行为。Ti3AlC2以其优异的性能被认为是未来核反应堆高温结构材料的候选之一。本文结合小型中子源(Compact Materials Irradiation Facility,CMIF)在运行过程中出现的背板材料辐照损伤问题,研究了Ti3AlC2作为背板材料以及样品时原子离位概率(displacement per atom,DPA)的空间分布,并且基于第一性原理计算,从原子尺度重点研究了辐照下Ti3AlC2固体中的本征点缺陷和杂质原子在材料内部的占位情况,杂质与空位之间的相互作用以及团簇的演化等。通过对Ti3AlC2中的本征点缺陷的研究,发现Al单空位(VAl)、Al双空位(2VAl-Al)和Al-C双空位(2VAl-C)是所有空位中最容易形成的。多个空位之间的束缚很弱,空位的形成是一个相对独立的过程。另外,所有的自间隙原子都倾向于迁移到Al平面附近。对于反位缺陷,其他原子占据Al原子位置时往往对应着较低的形成能,这些都说明Al平面是Ti3AlC2结构中较为活泼的区域,容易受到辐照缺陷的影响。通过探究H-m V(m=0,1,2)团簇的稳定构型,从而来评估H原子的能量有利位置。在预先存在VAl或者2VAl-Al空位的情况下,H原子在空位附近的四面体间隙位(Itetr-2)最稳定,但是在2VAl-C空位下,H原子易于占据八面体间隙位(Ioct-4)。另外,被初始Al空位俘获的H团簇能够促进空位的形成,并且倾向于在Al平面内形成板状泡;被初始C空位俘获的H原子则更有可能在层间生成球状泡。空位作为一个捕获中心,通过提供最佳的H嵌入等值电荷密度面来诱导H原子在其内表面偏析。相比于单空位,双空位具有更强的H捕获能力,其中2VAl-Al和2VAl-C能够分别捕获7个和6个氢原子。然而,He-2VAl-Al团簇只能捕获4个H原子形成H-He杂化泡,He杂质能够有效抑制H原子的进一步聚集。另一方面,对杂质氧原子与氢/氦/空位等辐照缺陷之间的相互作用进行了研究。首先讨论了氧原子在不同缺陷中的形成能和占据情况,结果表明:在Ti3AlC2的完美晶胞中,氧原子优先占据六面体间隙位(Ihex-1),而在预先存在空位的情况下,氧原子倾向于占据空位附近的四面体间隙位(Itetr-2)。C空位的出现大大降低了氧原子的形成能,使得氧原子更易于占据C空位的中心。接着研究了Ti3AlC2中O/H团簇的捕获过程。相比于H/He杂质原子,空位能够捕获更多的氧原子,其中VAl和2VAl-Al分别能够捕获15个和18个氧原子。同时,氧也能促进空位的形成。另一方面,O原子能够和材料中Al原子结合,在其表面形成致密的Al2O3保护层,抑制材料内部的进一步氧化。此外,氢-氧之间表现为斥力相互作用,而氦-氧之间则表现为强烈的吸引作用。因此O对H团簇的形成有抑制作用,但是O可以束缚更多的He原子形成大量的He泡。O杂质大大降低了空位对H原子的捕获能力,同时O和He具有协同作用,能共同抑制H团簇的聚集。本论文的研究结果为Ti3AlC2在辐照和高温氧化环境下的行为提供了原子尺度的微观解释,这些都为更高尺度的模拟研究提供了必需的物理参数,进而评估Ti3AlC2作为聚变堆结构材料的性能,以便更好地设计基于MAX相的结构材料。

张艳妮[10](2021)在《石墨炔基范德华异质结构及其光电特性研究》文中提出随着科技的发展,人们对高性能、小尺寸、低功耗器件的需求日益增加。但随着特征尺寸缩小,传统的三维晶体管面临短沟道效应、量子隧穿效应、复杂的工艺等问题,器件性能急剧下降,但制造成本却大幅提升。以石墨烯为代表的二维(2D)材料家族由于面外无悬键、丰富的物化性质等,引起了微电子界的广泛关注。近些年基于不同2D材料的2D范德华异质结构(2D van der Waals heterostructures,2D vd WHs),能够充分发挥各自2D材料的优异性质,同时又因界面耦合效应展现出其它新奇的物理特性,大大扩展了2D材料的研究范畴,为设计功能性材料与器件提供了新的机遇。石墨炔(graphyne,Gyne)这一新型二维碳材料由于具有丰富的碳化学键、大的共轭体系、宽的面间距,并展现出优异的半导体性能、高的载流子迁移率和可观的宽波段光吸收,在光电领域中具有潜在的应用前景。然而,Gyne的实验制备还处于初级阶段,关于Gyne光电探测的相关研究还比较少,探索和研究具有高性能Gyne 2D材料光电探测器是学术研究和推进实验进度的重要方向之一。此外,实验中引入Gyne增强g-C3N4光催化性能的界面物理机制还不明晰:是形成2D/2D异质结构的内建电场作用?还是形成新的C-N键作为载流子传输通道?本文采用第一性原理计算系统的研究了上述Gyne相关问题。具体研究内容和研究结果如下:一、首先研究了Gyne单层和Gyne双层的电子结构和光学性质。研究结果表明Gyne单层和Gyne双层均为窄直接带隙半导体,导带底(conduction band minimum,CBM)和价带顶(vanlence band maximum,VBM)都位于布里渊区的M点。Gyne单层的带隙为0.450 e V,而Gyne双层由于堆垛不同引起的晶格对称性的差异使得带隙在0.094 e V~0.418 e V之间。Gyne单层和Gyne双层在红外-可见-紫外光波段均有明显的光吸收,且Gyne双层的光吸收比Gyne单层更强。进而研究发现Gyne双层在外加应变下的带隙调制趋势与Gyne单层带隙调制趋势一致,均表现为在外加双轴拉伸应变下带隙增大,在外加双轴压缩应变和单轴压缩/拉伸应变下带隙减小。二、构建了不同堆垛Gyne/BNyne vd WHs,并研究其在外加应变和外加电场下的电子结构调制。研究发现Gyne/BNyne展现出典型的I型带阶排列特征,且该异质结构的I型带阶排列特征在外加应变、外加负栅压和外加小的正栅压下均得以保持,仅在大的正栅电场下发生了I/II型带阶排列的转换。此外,大的正栅电场下Gyne/BNyne vd WHs还展现出直接带隙特征,在红外-可见-紫外光波段均显示出显着的光吸收特性,对高量子效率的宽带光电探测器的实验制备具有积极作用。三、发现了氢原子和卤素原子功能化(H-和M-)对Gyne电子结构的调控,以此形成的H-Gyne/BNyne和M-Gyne/BNyne vd WHs能够实现I型、II型带阶的调控,为人工操控2D vd WHs的电学性能提供了新的思路。研究发现高覆盖度H-Gyne、F-Gyne和C-chain1+ring1构型Cl-Gyne均会使得Gyne/BNyne vd WHs变为II型带阶排列特征。不同地是,H-Gyne/BNyne和Cl-Gyne/BNyne vd WHs中BNyne层充当电子受主,而F-Gyne/BNyne vd WHs中BNyne充当电子施主。光吸收系数表明所有II型带阶排列的原子功能化Gyne/BNyne均在紫外光波段展现出强的吸收特性,而且Cl-Gyne/BNyne还展现出一定的可见光波段光吸收。研究不仅对紫外光电探测领域的应用具有一定的指导意义,而且发展了一种实现vd WHs带阶排列调控的新途径。四、设计了一种新型高量子效率、高鲁棒性的Gyne/BP vd WHs基近红外自驱动光电探测器。研究发现Gyne/BP vd WHs具有典型的II型带阶排列、高载流子迁移率、大的导带和价带带阶差以及近红外波段强的光吸收,展现出高达120 m A/W的自驱动光响应。外加应变和改变Gyne层厚,II型带阶排列、大的导带和价带带阶差以及近红外波段的光吸收特征均得以保留,证实了Gyne/BP vd WHs近红外自驱动光电探测性能的鲁棒性。相较于以往报道的2D vd WHs近红外自驱动光电探测器,Gyne/BP vd WHs不仅具有高鲁棒性的II型带阶排列使得空间电荷分离,而且具备高的载流子迁移率产生优异的电流输运,为高性能低功耗近红外光电探测器提供了新途径。五、研究并揭示了g-C3N4中引入Gyne或GDyne提高光催化性能的内在物理机制,并发展出一种采用BN对掺杂调制2D碳材料的电子结构,从而调控vd WHs光催化性能的新途径。研究发现Gyne/g-C3N4的光催化性能的提升主要原因是:Gyne和g-C3N4构成了2D/2D异质结界面,展现出典型的I型带阶排列特征,能够更好的利用Gyne高的载流子迁移率以及可见光波段强的光吸收。进一步创新性地通过引入2BN对掺杂实现II型带阶排列特征,实现Gyne/g-C3N4光催化性能的进一步增强,其光电流是Gyne/g-C3N4的1.5倍。相比于传统应变或电场调控方法,BN对掺杂在材料制备过程中就可以实现,无需在实际使用中增加额外的能量损耗,为光催化实现更高性能提供了新途径。

二、变分法在计算量子物理基态氦原子能量中的应用(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、变分法在计算量子物理基态氦原子能量中的应用(论文提纲范文)

(1)自旋-轨道耦合与转动诱导的旋量F=2玻色-爱因斯坦凝聚中的新奇量子态(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 新型材料与超冷原子玻色-爱因斯坦凝聚
        1.1.2 旋量F=2的玻色-爱因斯坦凝聚
        1.1.3 人造自旋-轨道耦合效应
    1.2 玻色-爱因斯坦凝聚中的拓扑激发
        1.2.1 涡旋
        1.2.2 畴壁
    1.3 本课题研究目的和意义
        1.3.1 本课题研究目的
        1.3.2 本课题研究意义
第二章 理论基础与数值计算方法
    2.1 Gross-Pitaevskii平均场理论
        2.1.1 模型导出
        2.1.2 去量纲化
        2.1.3 二维约化
    2.2 数值计算方法
        2.2.1 虚时演化法
        2.2.2 时间劈裂傅里叶谱法
第三章 自旋-轨道耦合调节铁磁相BEC中的拓扑相变
    3.1 研究背景
    3.2 模型及方法
        3.2.1 物理模型
        3.2.2 实验方案
    3.3 正则粒子流与规范粒子流
        3.3.1 转动诱导的正则粒子流
        3.3.2 自旋-轨道耦合诱导的规范粒子流
    3.4 一阶相变与二阶相变
    3.5 新奇拓扑结构与相图
    3.6 原子间相互作用的调节
    3.7 本章小结
第四章 自旋-轨道耦合诱导铁磁相转动BEC中的畴壁
    4.1 研究背景
    4.2 模型及方法
        4.2.1 物理模型
        4.2.2 实验方案
    4.3 拓扑非平庸的自旋畴壁
        4.3.1 静力学理论
        4.3.2 正则速度场与自旋速度场
        4.3.3 畴壁的产生与演化
        4.3.4 畴壁的坍塌
    4.4 基态相图与畴壁在微扰下的动力学行为
    4.5 本章小结
第五章 转动诱导BEC循环相中的涡旋-亮孤子激发
    5.1 研究背景
    5.2 模型及方法
    5.3 涡旋-亮孤子激发的产生
        5.3.1 弱原子自旋-交换相互作用下的转动效应
        5.3.2 强原子自旋-交换相互作用下的涡旋-亮孤子激发
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 工作展望
参考文献
在学期间取得的科研成果
致谢

(3)双金属原子掺杂石墨烯电催化氧/氮还原反应机理研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 氧还原反应(ORR)
        1.2.1 质子膜交换燃料电池
        1.2.2 ORR机理
        1.2.3 ORR电催化剂研究进展
    1.3 氮还原反应(NRR)
        1.3.1 合成氨研究背景
        1.3.2 NRR反应机理
        1.3.3 NRR电催化剂研究进展
    1.4 本文研究意义与内容
        1.4.1 研究意义
        1.4.2 研究内容
第二章 理论基础与计算细节
    2.1 密度泛函理论
    2.2 常用计算软件
    2.3 计算细节
        2.3.1 模型构建
        2.3.2 计算参数
        2.3.3 计算公式
第三章 双金属原子催化剂的结构和电子特性
    3.1 双金属原子催化剂的结构稳定性
    3.2 双金属原子催化剂的电子特性
    3.3 本章小结
第四章 双金属原子掺杂石墨烯氧还原反应理论研究
    4.1 引言
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 O_2吸附
        4.2.2 关键中间体吸附
        4.2.3 ORR自由能图
        4.2.4 配体效应
        4.2.5 ORR火山图
        4.2.6 ORR活性起源
    4.3 本章小结
第五章 双金属原子掺杂石墨烯氮还原反应理论研究
    5.1 引言
    5.2 结果与讨论
        5.2.1 N_2吸附
        5.2.2 催化剂筛选
        5.2.3 NRR反应机理研究
        5.2.4 副反应分析
    5.3 本章小结
第六章 结论
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果

(6)高温条件下氯苯硫酚为前体物气相和团簇表面形成硫代二恶英机理的理论研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
符号说明
第一章 绪论
    1.1 硫代二恶英的理化性质
    1.2 硫代二恶英的环境来源
    1.3 硫代二恶英的危害
    1.4 硫代二恶英的形成机理
        1.4.1 硫代二恶英的气相形成机理
        1.4.2 硫代二恶英的表面形成机理
        1.4.3 水分子对硫代二恶英形成机理的影响
    1.5 选题思路及创新性
第二章 理论基础与计算方法
    2.1 密度泛函理论
    2.2 变分过渡态理论
    2.3 前线轨道理论
    2.4 定量构效关系
第三章 2-CTP和2-CTPR经分子-自由基反应生成PCTA/DTs的机理研究
    3.1 引言
    3.2 研究方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 2-CTP形成2-CTPR
        3.3.2 2-CTP和2-CTPR经S/C-H耦合模式生成PCTA/DTs
        3.3.3 2-CTP和2-CTPR经S/C-SH耦合模式生成PCDTs
        3.3.4 2-CTP和2-CTPR经S/C -Cl耦合模式生成PCTA/DTs
        3.3.5 以2-CTP为前体物经分子-自由基反应和自由基-自由基反应生成PCTA/DTs的对比
        3.3.6 反应速率常数计算
        3.3.7 产物毒性预测
    3.4 小结
第四章 2-CPR和2-CTPR经自由基-自由基交叉缩合反应生成PCPT/DT/DFs的机理研究
    4.1 引言
    4.2 研究方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 2-CPR和2-CTPR交叉缩合生成PCPTs
        4.3.2 2-CPR和2-CTPR交叉缩合生成PCDT/DFs
        4.3.3 反应速率常数计算
        4.3.4 产物毒性预测
    4.4 小结
第五章 2-CTP在二氧化硅团簇表面生成PCTA/DTs的机理研究
    5.1 引言
    5.2 研究方法
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 2-CTP在二氧化硅团簇表面的吸附
        5.3.2 2-CTP在二氧化硅团簇表面经L-H机理生成PCDTs
        5.3.3 2-CTP在二氧化硅团簇表面经E-R机理生成PCTA/DTs
        5.3.4 反应速率常数计算
    5.4 小结
第六章 总结和展望
    6.1 总结
    6.2 展望
附录
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表论文情况
学位论文评阅及答辩情况表

(7)镉原子动力学多极极化率的计算(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 原子钟
    1.2 极化率
    1.3 模型势方法
    1.4 行文安排
第2章 理论方法
    2.1 B样条函数
    2.2 B样条求解单电子原子薛定谔方程和狄拉克方程
        2.2.1 变分法
        2.2.2 单电子原子薛定谔方程
        2.2.3 单电子原子狄拉克方程
    2.3 闭壳层体系Hartree-Fock和Dirac-Fock方程
    2.4 相对论芯极化势和组态相互作用的联合方法
    2.5 极化率
    2.6 小结
第3章 闭壳层原子体系基态能量计算
    3.1 氦原子基态能量计算
    3.2 氖、氩、氪原子基态能量计算
    3.3 汞原子轨道能量计算
    3.4 镉离子的轨道能量计算
    3.5 小结
第4章 镉原子结构属性的计算
    4.1 镉原子光晶格钟与其他原子光钟的对比
    4.2 高阶芯极化势对镁和锶原子光钟态的影响
    4.3 镉原子光钟
        4.3.1 镉原子能量和约化矩阵元的计算
        4.3.2 镉原子光钟态动力学极化率的计算
    4.4 小结
第5章 总结与展望
参考文献
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
致谢

(8)类氦轻离子的超精细劈裂和同位素位移理论研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 精细结构常数
    1.2 少体精密谱与非相对论量子电动力学
    1.3 核电荷半径与电磁半径
    1.4 氦原子精密光谱
    1.5 Li~+离子精密光谱
    1.6 Be~(2+)离子精密光谱
    1.7 行文安排
第2章 理论方法
    2.1 三体薛定谔方程与变分法
    2.2 Hylleraas基矢与基本算符
    2.3 基本积分
        2.3.1 径向基本积分
        2.3.2 奇异积分的处理
    2.4 Dalgarno-Lewis方法
    2.5 超精细劈裂中的算符
        2.5.1 有效哈密顿量
        2.5.2 相对论修正
        2.5.3 QED修正和核效应
        2.5.4 精确对角化方法
        2.5.5 单—三混合效应
    2.6 同位素位移中的算符
        2.6.1 理论方法
        2.6.2 非相对论反冲修正
        2.6.3 相对论反冲修正
        2.6.4 QED反冲修正
        2.6.5 单—三自旋混合效应
第3章 He原子的超精细劈裂和同位素位移
    3.1 He原子的超精细劈裂
    3.2 He原子的同位素位移
第4章 Li~+离子的超精细劈裂和同位素位移
    4.1 Li~+离子的超精细劈裂
        4.1.1 Zemach半径
        4.1.2 2~3P_J~F态超精细劈裂
    4.2 Li~+离子的同位素位移
第5章 Be~(2+)离子的超精细劈裂和同位素位移
    5.1 Be~(2+)离子的超精细劈裂
    5.2 Be~(2+)离子的同位素位移
第6章 总结与展望
附录A Breit哈密顿量
附录B 算符奇异性的消除
附录C 各种算符的数值结果
    C.1 He原子中的各种算符数值结果
    C.2 Li~+离子中的各种算符数值结果
    C.3 Be~(2+)离子中的各种算符数值结果
附录D He原子各种算符收敛表
附录E Li~+离子各种算符收敛表
附录F Be~(2+)离子各种算符收敛表
参考文献
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与科研成果
致谢

(9)MAX相材料Ti3AlC2中辐照缺陷的第一性原理研究(论文提纲范文)

中文摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 核聚变能及其应用
        1.1.1 核聚变能简介
        1.1.2 核聚变能的发展
    1.2 核聚变材料辐照研究
        1.2.1 聚变堆材料面临的挑战
        1.2.2 聚变材料辐照装置研究进展
        1.2.3 紧凑型氘铍中子源辐照装置
    1.3 材料辐照损伤的微观机理
        1.3.1 晶体缺陷概况
        1.3.2 辐照缺陷演变过程
        1.3.3 材料的多尺度模拟方法
    1.4 MAX相材料Ti_3AlC_2介绍
    1.5 本论文主要工作
第2章 理论方法
    2.1 近似方法
        2.1.1 玻恩-奥本海默近似
        2.1.2 Hartree-Fock近似
    2.2 密度泛函理论
        2.2.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.2 Kohn-Sham方程
        2.2.3 交换关联泛函
        2.2.4 自洽计算
    2.3 赝势平面波方法
        2.3.1 平面波基组
        2.3.2 赝势
    2.4 VASP软件介绍
    2.5 本章小结
第3章 Ti_3AlC_2中子辐照损伤及本征缺陷研究
    3.1 CMIF背板中的辐照损伤问题
        3.1.1 辐照损伤计算原理
        3.1.2 背板的辐照损伤
        3.1.3 样品的辐照损伤
    3.2 Ti_3AlC_2本征缺陷的微观机理研究
        3.2.1 物理模型与计算方法
        3.2.2 Ti_3AlC_2中的空位缺陷
        3.2.3 自间隙原子
        3.2.4 Ti_3AlC_2中的反位缺陷
    3.3 本章小结
第4章 Ti_3AlC_2中氢/氦杂质原子的行为
    4.1 计算方法
    4.2 单个H/He原子在Ti_3AlC_2间隙位处的占位
    4.3 空位与H/He杂质之间的相互作用
        4.3.1 氢和空位之间的相互作用
        4.3.2 氢在双空位下的俘获行为
        4.3.3 氢和氦的协同相互作用
    4.4 复合团簇及氢泡的形成机理
    4.5 本章小结
第5章 Ti_3AlC_2中杂质氧和辐照缺陷的相互作用
    5.1 计算方法
    5.2 单个氧原子在Ti_3AlC_2间隙位处的占位
    5.3 氧原子与Ti_3AlC_2中空位的相互作用
        5.3.1 氧原子在不同空位团簇中的占位
        5.3.2 氧原子在不同空位下的俘获过程
    5.4 氧和辐照缺陷之间的相互作用
        5.4.1 氧和氢/氦杂质之间的相互作用
        5.4.2 氢原子在空位-氧复合团簇中的俘获行为
        5.4.3 氧原子浓度对辐照缺陷的影响
    5.5 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 主要工作与总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的论文及研究成果

(10)石墨炔基范德华异质结构及其光电特性研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 二维材料
        1.1.1 二维材料简介
        1.1.2 二维石墨炔
        1.1.3 其它二维材料
    1.2 二维范德华异质结构
        1.2.1 二维范德华异质结构简介
        1.2.2 石墨炔基范德华异质结构研究现状
    1.3 本论文的选题依据和主要研究内容
        1.3.1 选题依据
        1.3.2 主要研究内容
第二章 理论研究方法
    2.1 第一性原理计算方法
        2.1.1 薛定谔方程与多体问题
        2.1.2 Born-Oppenhermer绝热近似
        2.1.3 Hartree-Fork近似
    2.2 密度泛函理论
        2.2.1 Thomas-Fermi模型
        2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.3 Kohn-Sham方程
        2.2.4 交换关联泛函
    2.3 量子输运理论
        2.3.1 NEGF-DFT非平衡格林函数-密度泛函方法
        2.3.2 光电流计算方法
    2.4 本论文采用的计算软件包
        2.4.1 CASTEP软件
        2.4.2 Nanodcal软件
    2.5 本章小节
第三章 石墨炔单层和石墨炔双层的理论研究
    3.1 理论方法与计算参数
    3.2 石墨炔的电学和光学性质
    3.3 石墨炔双层的电学和光学性质
        3.3.1 不同堆垛石墨炔双层的电学和光学性质
        3.3.2 外加应变下石墨炔双层的电子结构调制
    3.4 本章小结
第四章 石墨炔/类石墨炔氮化硼范德华异质结构的设计
    4.1 理论方法与计算参数
    4.2 类石墨炔氮化硼的电子结构研究
        4.2.1 类石墨炔氮化硼的几何结构、稳定性和电学性质
        4.2.2 外加应变下类石墨炔氮化硼的电子结构调制
    4.3 石墨炔/类石墨炔氮化硼范德华异质结构的电子结构研究
        4.3.1 不同堆垛石墨炔/类石墨炔氮化硼的几何结构和电学性质
        4.3.2 面内应变下石墨炔/类石墨炔氮化硼的电子结构调制
        4.3.3 栅电场下石墨炔/类石墨炔氮化硼的电子结构调制
    4.4 本章小结
第五章 原子功能化石墨炔/类石墨炔氮化硼范德华异质结构的设计
    5.1 理论方法与计算参数
    5.2 氢原子功能化石墨炔/类石墨炔氮化硼
        5.2.1 氢原子功能化石墨炔的几何结构、电学和光学性质
        5.2.2 氢原子功能化石墨炔/类石墨炔氮化硼的电学和光学性质
    5.3 卤素原子功能化石墨炔/类石墨炔氮化硼
        5.3.1 卤素原子功能化石墨炔的几何结构、电学和光学性质
        5.3.2 卤素原子功能化石墨炔/类石墨炔氮化硼的电学和光学性质
    5.4 本章小结
第六章 石墨炔/磷化硼范德华异质结构及其在近红外自驱动光电探测器的应用
    6.1 理论方法与计算参数
    6.2 石墨炔/磷化硼范德华异质结构
        6.2.1 石墨炔/磷化硼的结构和稳定性
        6.2.2 石墨炔/磷化硼的电子结构
        6.2.3 石墨炔/磷化硼的光学性质及光电性能研究
    6.3 面内应变下石墨炔/磷化硼光电性能的鲁棒性研究
    6.4 不同层厚下石墨炔/磷化硼光电性能的鲁棒性研究
    6.5 本章小结
第七章 石墨炔/g-C_3N_4范德华异质结构及其光催化性能研究
    7.1 理论方法与计算参数
    7.2 石墨炔/g-C_3N_4范德华异质结构
        7.2.1 石墨炔/g-C_3N_4的结构和稳定性
        7.2.2 石墨炔/g-C_3N_4的电学和光学性质
    7.3 栅电场下石墨炔/g-C_3N_4的电学和光学性质
    7.4 BN掺杂调控下石墨炔/g-C_3N_4的电学和光学性质
    7.5 本章小结
第八章 工作总结与展望
    8.1 工作总结
    8.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间取得的科研成果
作者简介

四、变分法在计算量子物理基态氦原子能量中的应用(论文参考文献)

  • [1]自旋-轨道耦合与转动诱导的旋量F=2玻色-爱因斯坦凝聚中的新奇量子态[D]. 朱浩. 天津理工大学, 2021
  • [2]Mn4+掺杂A3XF7型氟化物荧光粉的第一性原理计算[D]. 吴彬. 重庆邮电大学, 2021
  • [3]双金属原子掺杂石墨烯电催化氧/氮还原反应机理研究[D]. 梁钊. 江西理工大学, 2021(01)
  • [4]含有缺陷的二维材料Ti3C2的力学性能研究[D]. 余科毅. 哈尔滨工程大学, 2021
  • [5]Ⅴ族元素替位掺杂碳化硅纳米管的结构与物性研究[D]. 杨莹莹. 燕山大学, 2021
  • [6]高温条件下氯苯硫酚为前体物气相和团簇表面形成硫代二恶英机理的理论研究[D]. 李莹. 山东大学, 2021(12)
  • [7]镉原子动力学多极极化率的计算[D]. 周密. 中国科学院大学(中国科学院精密测量科学与技术创新研究院), 2021(01)
  • [8]类氦轻离子的超精细劈裂和同位素位移理论研究[D]. 戚晓秋. 中国科学院大学(中国科学院精密测量科学与技术创新研究院), 2021(01)
  • [9]MAX相材料Ti3AlC2中辐照缺陷的第一性原理研究[D]. 孟召仓. 兰州大学, 2021(09)
  • [10]石墨炔基范德华异质结构及其光电特性研究[D]. 张艳妮. 西北大学, 2021

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变分法在量子物理学中氦原子基态能量计算中的应用
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