Elastic constants of the II-IV nitride semiconductors MgSiN$_{2}$, MgGeN$_{2}$ and MgSnN$_{2}$
采用密度泛函理论计算了正交MgSiN $_{2}$、MgGeN $_{2}$和MgSnN $_{2}$的单晶弹性常数、多晶弹性模量和相关性质，并与相关的纤锌矿结构AlN、GAN和InN进行了比较.由于MgSiN $_{2}$、MgGeN $_{2}$或MgSnN $_{2}$的单晶弹性性质都没有实验研究，因此我们通过与AlN、GAN和InN的实验数据进行比较来确定计算的准确性。计算得到的MgSiN多晶$_{2}$弹性模量与实验值吻合较好。将示出MgSiN $_{2}$和MgGeN $_{2}$分别与AlN和GAN具有小的$xy$平面晶格失配，而同时比AlN和GAN两者显著更软。这表明MgSiN $_{2}$和MgGeN $_{2}$应该可以在AlN和GAN上生长而没有显著的晶格失配或应变。
2018-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Trends in Atomic Adsorption on Titanium Carbide and Nitride
对H、B、C、N、O、F、Al、Si、P、S和Cl在极性TiC（111）和TiN（111）表面上的原子化学吸附进行了广泛的密度泛函计算，得到了两种表面相似的吸附趋势：（i）沿吸附原子周期的类周期吸附能量趋势;（ii）O、C、N、S和F的最强吸附;（iii）大的吸附变化;（iv）对O的吸附能（8.4-8.8 eV）创纪录地高。然而，发现TiN上的元素周期表的左边和TiC上的元素的右边的更强的吸附。结果支持的协调耦合模型，提出的化学吸附在TiC上，也适用于TiN。
2005-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous relaxations and chemical trends at III-V nitride non-polar surfaces
III-V族化合物的非极性表面的弛豫是由去杂化和电荷转移之间的竞争引起的。第一性原理计算结果表明，与普通的III-V族半导体材料相比，ZnO和纤锌矿结构的AlN、GAN和InN的（110）和（10 $\bar{1}$ 0）晶面具有反常的行为。GaAs和ZnO的额外计算表明与后者密切类似。我们解释我们的结果在较大的离子性（电荷不对称性）和键合强度（内聚能）的氮化物相对于其他III-V族化合物，基本上是由于较强的价电位和没有$p$核心状态的较轻的阴离子。同样的解释适用于Zn II-VI化合物。
1998-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Work Function Trends and New Low Work Function Boride and Nitride Materials for Electron Emission Applications
LaB 6作为商业电子发射体已经使用了几十年。尽管对LaB 6的功函数进行了大量的研究，但对六硼化物材料家族中的功函数趋势没有全面的了解。在这项研究中，我们使用密度泛函理论（DFT）计算的稀土六硼化物功函数的趋势和合理化这些趋势的基础上的金属元素的电负性。我们预测，合金化LaB 6与Ba可以进一步降低功函数~0.2 eV。有趣的是，我们发现合金化的（La，Ba）B6可以具有比LaB 6或BaB 6更低的功函数，受益于由于金属元素尺寸失配而增强的表面偶极子。除了六硼化物，我们还研究了类似材料家族的功函数趋势，即四硼化物和过渡金属氮化物，它们像六硼化物一样具有导电性和耐火性，因此也可能是电子发射应用的有前途的材料。我们发现，四硼化物一贯具有较高的功函数比六硼化物类似物的四硼化物具有较少的离子键和较小的正表面偶极子。最后，我们发现HfN具有约2.2 eV的低功函数，使HfN成为一种潜在的有前途的新型电子发射材料。
2021-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Electronic, structural, and elastic properties of metal nitrides XN (X = Sc, Y): A first principle study
我们利用一个简单的，强大的，第一原理方法，基于基组优化与BZW-EF方法，研究过渡金属单氮化物的电子和相关性质：ScN和YN。我们解决了KS系统的方程自洽内的线性组合的原子轨道（LCAO）形式主义。结果表明，带隙和低能量导带，以及弹性和结构性能，可以计算出合理的精度时，LCAO形式主义是用来获得最佳的基础。我们计算的ScN的间接电子带隙（E $^\mathrm{Γ-X}_g$）为0.79（LDA）和0.88 eV（GGA）。在YN的情况下，我们预测间接带隙（E $^\mathrm{Γ-X}_g$）为1.09（LDA）和1.15 eV（GGA）。我们还计算了两个系统的平衡晶格常数，体积模量（B $_{o}$），有效质量和弹性常数。我们的计算值与实验值非常吻合，后者是可用的。
2012-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Elastic and structural instability of cubic Sn3N4 and C3N4 under pressure
我们使用原位高压角色散X射线衍射测量，以确定在压力高达约26 GPa的立方氮化锡Sn3N4的状态方程。虽然我们没有发现任何结构相变的证据，我们的体积模量（B）的估计是145 GPa，远低于早期的理论估计和其他IV族氮化物。我们证实和理解这些结果与第四族氮化物的结构，弹性和振动特性的互补第一性原理分析，并预测Sn3N4的结构转变在更高的压力为88 GPa相比，早期的预测40 GPa。我们的立方氮化物的比较分析表明，立方C3N4的体积模量是最高的（379 GPa），而它是结构不稳定的，不应该存在于环境条件下。
2010-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Trends in Elasticity and Electronic Structure of Transition-Metal Nitrides and Carbides from First Principles
用密度泛函微扰理论研究了$B_1$结构过渡金属氮化物及其碳化物的弹性性质。弹性常数的线性响应结果与数值导数法所得结果吻合良好，也与实测数据一致。我们发现以下趋势：（1）对于金属组分或如果C被N取代，体模量$B$和四元剪切模量$G^{\prime}=(C_{11}-C_{12})/2$在周期表上的上方或下方增加，晶格常数$a_{0}$减小;（2）不等式$B > G^{\prime} > G > 0$适用于$G=C_{44}$ ;（3）$G$强烈地依赖于每个晶胞的价电子数（$Z_{V}$）。从$G$作为$Z_{V}$的函数的拟合曲线，我们可以预测MoN在$B_{1}$结构中是不稳定的，并且过渡金属碳氮化物（$e.g.$ ZrC $_{x}$ N $_{1-x}$）和双过渡金属碳化物（$e.g.$ Hf $_{x}$ Ta $_{1-x}$ C）在$Z_{V} \approx 8.3$处具有最大$G$。
2004-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Polycrystalline γ-boron: As hard as polycrystalline cubic boron nitride
用金刚石压痕法测量了γ-B多晶的维氏硬度。用超声波法测量了室温下多晶γ-B（B= 213.9GPa，G= 227.2GPa，E= 503.3GPa）的弹性性能。在20 N的加载力下，我们的测试给出了30.3 GPa的渐近硬度区域中的平均维氏硬度。测得的平均断裂韧性为4.1MPa m1/2。此外，我们还测量了多晶β-B和PcBN的硬度和弹性性能，以作比较。多晶γ-B的硬度和弹性性能与PcBN非常接近。结果表明，多晶γ-B是一种具有工业应用前景的超硬多晶材料。
2012-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Stressor-Layer-Induced Elastic Strain Sharing in SrTiO3 Complex Oxide Sheets
使用氮化硅应力源层可以在亚微米厚的单晶SrTiO 3片中引入精确选择的弹性应变。使用等离子体增强化学气相沉积沉积的保形应力源层在片材中产生与氮化物残余应力的大小一致的弹性应变。同步辐射X射线纳米衍射表明，应变引入的SrTiO 3片的顺序为10 - 4，匹配的弹性模型的预测。复合氧化物中弹性应变共享的这种方法允许在宽且连续的值范围内选择应变，这是在刚性衬底上的异质外延中无法实现的效果。
2020-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Elastic and plastic deformation of graphene, silicene, and boron nitride honeycomb nanoribbons under uniaxial tension: A first-principles density-functional theory study
本研究的弹性和塑性形变的石墨烯，硅烯，氮化硼（BN）蜂窝纳米带在单轴拉伸下确定其弹性常数，并揭示有趣的功能。在弹性范围内的拉伸过程中，电子和磁性可以强烈地改变。特别是，它示出的带隙的一个特定的扶手椅nanoriginates在应变和最高价和最低的导带被线性化下被关闭。这样，即使在半导体纳米晶体中也可以获得无质量的狄拉克费米子行为。在塑性形变下，蜂窝结构不可逆地改变，并提供许多新的结构和功能。笼状结构，甚至悬浮的原子链可以在两个蜂窝状薄片之间衍生。本工作阐述了最近的实验[C. Jin，H.兰湖，澳-地彭，K. Suenaga和S. Iijima，Phys. Rev. Lett. 102，205501（2009）]，从石墨烯衍生碳链。此外，从BN和Si纳米带的原子链的类似的形成进行了预测。
2010-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valence electron concentration- and N vacancy-induced elasticity in cubic early transition metal nitrides
本文通过 DFT 计算和纳米压痕实验系统研究了立方过渡金属氮化物中氮空位浓度与价电子浓度对弹性的影响，发现 VNx 因空位诱导的各向异性变化和键强升高而出现弹性模量异常增加 11%。
2023-05-27 cond-mat.mtrl-sci
First-principles prediction of structure, energetics, formation enthalpy, elastic constants, polarization, and piezoelectric constants of AlN, GaN, and InN: comparison of local and gradient-corrected density-functional theory
采用平面波超软赝势方法，在交换相关泛函的LDA（局域密度）和GGA（广义梯度）近似下，从密度泛函理论中的第一性原理预测了氧化锌和纤锌矿III-V族氮化物AlN、GAN和InN的许多不同的体性质。除了结构和凝聚力，我们还研究了形成hoppies（预测缺陷溶解度和表面稳定性的关键成分），自发极化和压电常数（纳米结构建模的中心参数）和弹性常数。我们的研究证实了这两种密度泛函方法在描述III-V族氮化物（以及母种N $_2$、Al、Ga和In）的不同性质方面的相对优点，并使我们得出结论，与高精度技术（如多投影仪超软赝势或现代全电子方法）相关联的GGA近似在III-V族氮化物的研究中是优选的。
2000-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Strain and crystal field splitting inversion in III-Nitrides
自90年代以来，纤锌矿相III族氮化物（AlN，GAN，InN）由于其在光电子学中的成功应用而引起了人们极大的兴趣。在本文中，我们进行了全面的研究AlN，GAN和InN的结构弹性和电子性质的混合和传统的密度泛函理论，提出了比较的特点，三个化合物。我们进行了直接比较的电子结构的功能，包括顶部价带的反转与负晶场分裂和它的关系的AlN系统上的受主掺杂的挑战。通过确定弹性常数和杨氏模量，我们提供了一个简单的模型来连接与参数$u$相关的变形能和有效晶场分裂，显示了内部应变和晶场分裂之间的直接关系。
2021-08-24 cond-mat.mtrl-sci
From Amorphous to Amorphous-Crystalline Mixed-Phase Boron Nitride: Evolution of the Thermal and Elastic Properties
Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), CSIC and BIST（加泰罗尼亚纳米科学与纳米技术研究所）；Faculty of Physics, Autonomous University of Barcelona（巴塞罗那自治大学物理系）；Universite Claude Bernard Lyon 1, CNRS, LMI, UMR 5615（里昂第一大学）；Faculty of Physics and Astronomy, Adam Mickiewicz University（亚当密茨凯维奇大学物理与天文学院）；International Iberian Nanotechnology Laboratory（伊比利亚纳米技术国际实验室）；ICREA（加泰罗尼亚高级研究院）
研究非晶态氮化硼到非晶-晶态混合相氮化硼热学和弹性质演变。通过化学气相沉积合成薄膜，利用多种手段研究其结构转变及相关性质变化，发现热导率和杨氏模量随结晶度变化规律，杂质和成分可调节性质以用于多领域。
2026-07-27 cond-mat.mtrl-sci
A Map of the Inorganic Ternary Metal Nitrides
在新的化学空间中进行探索性合成是固态化学的本质。然而，未知的化学空间可能很难导航，特别是当材料合成具有挑战性时。氮化物代表了这样一个空间，其中严格的合成限制限制了这类重要的功能材料的探索。在这里，我们采用一套计算材料发现和信息学工具来构建无机三元金属氮化物的大稳定性图。我们的地图聚类的三元氮化物到化学家族具有不同的稳定性和亚稳性，并突出了数百个有前途的新的三元氮化物空间的实验研究-从我们实验实现7个新的锌和镁基三元氮化物。通过从DFT计算的电子密度中提取固态键合的混合金属性、离子性和共价性，我们揭示了化学、组成和电子结构之间在控制三元氮化物材料大规模稳定性趋势方面的复杂相互作用。
2018-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Antiferromagnetic two-dimensional transition-metal nitride Co$_2$N$_2$ layer with high N$\rm \acute{\textbf e}$el temperature and Dirac fermions
该研究基于第一性原理计算设计并验证二维M$_2$N$_2$（M=Ti、Co），发现Co$_2$N$_2$为兼具474 K高Néel温度与Fermi能级Dirac点的反铁磁半金属。
2025-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Trends in elastic properties of Ti-Ta alloys from first-principles calculations
马氏体起始温度（$M_{\text{s}}$）是高温记忆合金的技术基本特性。我们最近已经证明[Phys. Rev. B 94，224104（2016）]，描述$M_\text{s}$的组成依赖性的两个关键特征是$T=0$ K相稳定性和振动熵的差异，在德拜模型中，振动熵与弹性性质直接相关。在这里，我们使用密度泛函理论和特殊的准随机结构来研究无序马氏体和奥氏体Ti-Ta合金的弹性性能与成分的关系。我们观察到在低Ta含量下奥氏体相的四元剪切弹性常数软化和马氏体的剪切弹性常数的\emph{non-linear}行为。在$T = 0$ K下稳定奥氏体相需要至少12.5 $\%$ Ta。此外，马氏体的剪切弹性常数和杨氏模量在Ta浓度接近30 $\%$时表现出最大值。现象学的，基于弹性常数的标准表明，Ta的加入提高了强度，但降低了合金的延展性。此外，马氏体和奥氏体计算的方向弹性刚度随着Ta含量的增加而变得更加各向同性。报告的弹性性能作为组成的函数的趋势可以作为在这类有趣的材料中具有优化性能的合金的设计的指导。
2020-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Relating melting trends and elasticity in simple metals: an empirical potential approach
我们证明了碱金属的熔点和其他热力学量可以根据静态晶体性质计算。要做到这一点，我们推导出解析的碱金属原子间相互作用势，正好适合内聚能和空位能，弹性模量，晶格参数和晶体稳定性。然后，通过模拟在环境压力下热接触的固体和液体样品的平衡，使用这些电势来计算熔点。除了锂，非常好的协议被发现与实验值。体心立方结构的Li和Na在低温下的不稳定性也被再现，并且，不寻常的是，不是由于软T1N声子模式。在拟合中不包括力或有限温度性质，因此这表明在简单势中具有令人惊讶的高水平的内在可转移性。目前，碱金属的电位很少，因此，除了展示行为趋势外，我们预计电位将具有广泛的一般用途。
2016-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Investigating the effects of local environment on nitrogen vacancies in high entropy metal nitrides
University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
本文通过构建预测模型，研究了局部环境对高熵金属氮化物中氮空位形成能的影响，发现Hf邻近的空位形成能最大，且二元数据不足以预测复杂行为。
2025-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculations of third-order elastic constants and related properties for selected semiconductors
我们目前的理论研究的三阶弹性常数$C_{ijk}$在氮化锌AlN，GAN和InN。我们对这些化合物的预测是基于在密度泛函理论的框架下详细的从头计算的应变-能量和应变-应力关系。为了判断计算的准确性，我们比较了从头计算结果$C_{ijk}$与实验数据可用于Si和GaAs。我们还强调了三阶弹性常数与其他表征材料非谐行为的量的关系，如二阶弹性常数的压力导数和长波长声学模式的模式Grüneisen常数。
2007-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Exploration of the Microstructure Space in TiAlZrN Ultra-Hard Nanostructured Coatings
Ti $_{1-x-y}$ Al $_{x}$ Zr $_{y}$ N立方合金在25-70\% Al成分范围内由于高温下的亚稳相变途径而具有高的时效硬化能力。因此，它们是超硬纳米涂层材料的理想候选者。越来越多的证据表明，这种效果与弹性化学场诱导的相分离成成分分离的纳米立方氮化物相有关。在这里，我们研究了在1200 $^\circ$ C的调幅区域内的伪三元系的微观结构的演变，通过使用弹性化学相场模型。我们的模拟表明，氮化物纳米畴之间的弹性相互作用不仅极大地影响微观结构的形态，而且局部化学相平衡。在富铝区域的组合物空间中，我们进一步观察到富AlN相转变成其平衡纤锌矿晶体结构的发病。这项工作指出了这些氮化物系统可能获得的广泛的微观结构，并且它们的定制可能导致过渡金属氮化物基涂层材料的性能的显着改善。
2018-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Metal adatoms on graphene and hexagonal boron nitride: Towards the rational design of self-assembly templates
金属衬底上周期性波纹状外延石墨烯和六方氮化硼（h-BN）被认为是纳米颗粒阵列自组装的前景模板。通过第一性原理计算，我们确定了金属原子在石墨烯和六方氮化硼表面的结合能和扩散激活势垒。所观察到的化学趋势可以理解的电荷转移和共价键之间的相互作用，涉及吸附原子d电子。我们进一步研究了金属基底的电子效应，发现基于石墨烯的周期性波纹模板与金属/石墨烯界面处的强相互作用相结合最适合于高度规则的纳米颗粒阵列的自组装。
2010-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Elastic properties of bulk and low-dimensional materials using Van der Waals density functional
在这项工作中，我们提出了一个高通量的第一性原理研究的弹性性质的散装和单层材料，主要使用vdw-DF-optB 88功能。我们讨论了弹性响应的趋势与维数的变化。我们确定了层状材料的剥离能和弹性常数之间的关系，可以帮助指导材料中的VDW键合的搜索。我们还预测了一些新的材料与拉胀行为。在结构和弹性性能的不确定性，由于列入VDW相互作用进行了讨论。我们研究了11，067种散装材料和257种单层材料。最后，我们发现，散装和单层对应的弹性常数的趋势可以是非常不同的。所有的计算结果都在易于使用的网站上公开提供：https://www.ctcms.nist.gov/~knc6/JVASP.html和https://jarvis.nist.gov/。我们的数据集可用于识别工业应用中的刚性和柔性材料。
2018-06-29 cond-mat.mtrl-sci
A comparative study of the physical properties of layered transition metal nitride halides MNCl (M = Zr, Hf): DFT based insights
ZrNCl和HfNCl属于一类层状过渡金属氮化物卤化物MNCl（M= Zr，H）。它们的空间群为R-3 m（No-166），晶体结构为菱面体。这两种材料都显示出有前途的半导体行为。最近的研究表明，它们的多功能性作为半导体，也作为超导体时，插入碱金属。本文深入探讨了这两种半导体晶体的力学、光学和电学性质。在局域密度近似下，采用基于第一性原理密度泛函理论（DFT）的计算方法（在HfNCl的情况下，采用适当的U作为能隙计算），对两种材料的弹性常数、各向异性、电子态密度、能带结构、光学光谱进行了比较研究。HfNCl比ZrNCl更易加工，并且如较低的德拜温度所示相对较软。ZrNCl具有更强的分层性，因此它表现出脆性。HfNCl具有较大的带隙。ZrNCl是一种较好的紫外线反射剂。另一方面，HfNCl是良好的紫外线吸收剂。这两种材料在结构、电子能量色散和光学参数方面都是各向异性的。总体而言，各向异性的程度是更突出的ZrNCl相比，在HfNCl。讨论了ZrNCl和HfNCl半导体的可能应用领域。
2022-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Phase stability and elastic properties in the $Al_{1-x-y}Cr_{x}Ti_{y}N$ system from first principles
多元氮化物是硬质涂层的研究热点。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了取代基对$Al_{1-x-y}Cr_{x}Ti_{y}N$ $(0\leq x,y\leq1)$的相稳定性、磁性和弹性性质的影响。这些计算提供了晶格参数，形成能，混合焓和弹性常数。计算值与实验值吻合良好，并与其他理论结果进行了比较。当B1-TiN的浓度高于60 $\%$时，发生从反铁磁到铁磁状态的磁性转变。四元区的铝溶解度低于组成三元系统。泊松比、剪切模量和杨氏模量被用作硬度的预测因子，表明在从B1到B4的过渡线上发现较高的硬度值。所获得的结果使新的$Al_{1-x-y}Cr_{x}Ti_{y}N$为基础的涂料应用材料的设计。
2018-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Design rules for the thermal and elastic properties of rare-earth disilicates
稀土硅酸盐是目前用作燃气涡轮发动机热段部件的SiC基陶瓷基复合材料的环境屏障涂层的标准材料。将设计空间扩展到所有可用的稀土元素以便于优化功能需要理解$RE_2$ Si $_2$ O $_7$性质的系统趋势。在这项工作中，我们结合第一性原理计算与实验测量的杨氏模量，热膨胀系数，和热导率的范围内不同的$RE_2$硅$_2$ O $_7$组合物和阶段。在这些性能中观察到明显的趋势作为稀土阳离子半径的函数。在杨氏模量和热膨胀的情况下，这些趋势也适用于多组分系统;而多组分系统的热导率明显较低，表明这种材料也有可能充当热障。这些结果为开发新的隔热和环境屏障涂层提供了设计规则，这些涂层的刚度和热膨胀设计为与基材的刚度和热膨胀相匹配，同时具有降低的热导率。
2023-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Graphene and Boron Nitride Single Layers
本章讨论过渡金属表面的单层碳（石墨烯）和六方氮化硼。过渡金属基材起到载体的作用，并且由于其催化活性，允许通过化学气相沉积生长完美的层。这些层是sp2杂化蜂窝状网络，具有强的平面内σ和较弱的与基底和吸附物的π键。这种粘结强度的层次结构导致各向异性弹性特性，其中sp2层在平面内是刚性的，而在平面外是柔性的。这些层中的一部分在键能中施加了第三层次水平，与尺寸在1和5纳米之间的分子物体横向键合。这种额外的键能在室温下在热能kT的范围内，并且对于纳米技术特别感兴趣。将讨论伴随的模板函数。特殊的键级结构也使插层成为sp2层系统的另一个性质。最后但并非最不重要的是，sp2层系统特别坚固，即浸入液体中也能存活，这是sp2层在超高真空之外有用的前景。本章简要回顾了合成过程，描述了原子和电子结构，然后讨论了嵌入等性质，以及金属上sp2层作为隧道结或模板的用途。本章以附录结束，总结了蜂窝晶格的原子和电子结构的基础知识。当然，本章并没有涵盖sp2单层的所有方面。主题，如独立层，边缘结构的丝带，拓扑缺陷，或机械和化学性能没有被覆盖。
2009-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-induced phase transition in the electronic structure of palladium nitride
我们提出了一个相结合的理论和实验研究的电子结构和状态方程（EOS）的晶体PdN2。该化合物在58 GPa以上的黄铁矿结构中形成，并在11 GPa以下亚稳。我们发现，EOS不能准确地描述内的局部密度或广义梯度近似。Heyd-Scuseria-Ernzerhof交换相关函数（HSE06），然而，提供了非常好的协议与实验数据。我们解释了强大的压力依赖性的拉曼强度的计算出的带隙，关闭略低于11 GPa的一个类似的依赖性。在此压力下，HSE06功能预测一阶同构转变伴随着一个明显的弹性不稳定性的声学分支，提供了实验观察到的分解机制。使用广泛的Wannier函数分析，我们表明，结构的转变是由电子结构的相变，这是表现为在Pd-d和N-p电子之间的杂化的不连续的变化，以及从单键氮二聚体到三键氮二聚体的转换。我们认为可能存在一个临界点的isostructural过渡，在这两个电子以及结构的自由度预计大规模波动。
2010-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Exciton spectroscopy and diffusion in MoSe2-WSe2 lateral heterostructures encapsulated in hexagonal boron nitride
化学气相沉积（CVD）允许过渡金属二硫族化物异质结构的侧边外延，在光电子学中具有潜在的应用。载流子和激子传输的关键是构成单层的两种材料的质量和横向异质结的性质。由于大的非均匀加宽的光学跃迁的光学性质的重要细节是不可访问的生长的异质结构样品。在这里，我们在T = 4 K，也在300 K进行光谱，以访问从生长衬底转移并封装在hBN中的CVD生长的MoSe 2-WSe 2横向异质结构中的光学跃迁。光致发光（PL），反射对比度和拉曼光谱显示相当窄的光学跃迁线宽类似于高品质的剥离单分子膜。在高分辨率透射电子显微镜（HRTEM），我们发现近原子尖锐的交界处的典型程度为3 nm的共价键MoSe 2-WSe 2。在PL成像实验中，我们发现有效的激子扩散长度WSe 2比MoSe 2在低T=4 K，而在300 K，这种趋势是相反的。
2022-04-15 cond-mat.mtrl-sci
The Rendering from the Periodic System of the Elements on the stability, elastic, and electronic properties of M2AC phases
MAX相是结合了金属和陶瓷特性的纳米层压三元材料。目前，后期过渡金属对传统MAX相中A位元素的替代为探索新型MAX相打开了大门。在这项工作中，我们进行了系统的第一性原理研究，以探索288种M2 AX相的稳定性，电子结构和力学性能的趋势（M=Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W; A=Al、Si、P、S、Ga、Ge、As、Se、In、Sn、Sb、Te、Tl、Pb、Bi、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Os、Ir、Pt、Au、Hg; X=C）。这样的数据集，结合刚性带模型已被应用于大多数过渡金属碳化物，显示我们的基本趋势，键合机制和力学性能的MAX相赋予的M/A位元素的周期性排列。特别值得注意的是，MAX相的M-A d-d相互作用对弹性常数C33有独特的贡献。
2021-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Crystal Structure and Elastic Properties of Hypothesized MAX Phase-like Compound (Cr2Hf)2Al3C3
术语“MAX相”是指一类非常有趣和重要的层状三元过渡金属碳化物和氮化物，具有金属和陶瓷类特性的新颖组合，使这些材料在许多技术和工程应用中受到高度重视。以（Cr2 Hf）2Al 3C 3为例，我们证明了在保持结晶度的同时将更多类型的元素并入MAX相而不是产生固溶体相的可能性。利用维也纳从头算模拟软件包研究了类MAX（Cr2 Hf）2Al 3C 3的晶体结构和弹性性质。与具有六方对称性的MAX相（P63/mmc，#194）不同，（Cr2 Hf）2Al 3C 3在P21/m（#11）的单斜空间群中结晶，晶格参数为a = 5.1739 °，b = 5.1974 °，c = 12.8019 °; α = β = 90°，γ = 119.8509°。发现其结构在能量上更加有利，能量（每分子式单位）为-102.11eV，显着低于同素异性偏析（-100.05eV）和固溶体（-100.13eV）相的能量。使用应力-应变方法和多晶的VRH近似的计算也表明（Cr2 Hf）2Al 3C 3具有突出的弹性模量。
2014-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Chemical bonding, elasticity, and valence force field models: a case study for alpha-Pt_2Si and PtSi
我们对两种室温稳定的硅化铂相：四相α-Pt_2Si和正交PtSi的化学键进行了详细的研究。价电子电荷密度的分析揭示了在两种硅化物相中存在共价三中心键以及在α-Pt_2Si中存在二维金属片的令人惊讶的证据。这些元素的键进一步分析，通过构建价力场模型，使用最近的第一性原理计算的六（九）个独立的，非零的弹性常数的α-Pt_2Si（PtSi）的结果。由此产生的体积，径向和角度依赖的力常数提供洞察各种键合元素的相对强度以及在弹性常数本身观察到的趋势。价力场分析产生的定量信息的性质的化学键，这是不容易辨别的更定性的电荷密度图。更一般地说，这项研究表明，材料的弹性常数的详细变化包含有用的信息，可以使用价力场模型提取的化学键。当然，这些模型也允许识别特定元素的化学键与特定的趋势，在弹性常数，无论是在一个给定的材料和一类相关的材料。
2001-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Towards $\textit{ab initio}$ identification of paramagnetic substitutional carbon defects in hexagonal boron nitride acting as quantum bits
讨论了六方氮化硼（hBN）中的顺磁替位碳（C $_\text{B}$，C $_\text{N}$）缺陷作为量子比特的候选者。它们的识别和适用性接近通过光致发光（PL），电荷跃迁，电子顺磁共振，光检测磁共振（ODMR）光谱。通过高效的平面波周期性超原胞\textit{ab initio}密度泛函理论方法揭示了其中几个明显的趋势。特别是，这产生了对C $_\text{B}$和C $_\text{N}$之间的分离的作用的洞察。在大多数情况下，中性和单电荷的基态的缺陷之间的电荷跃迁被预测为实验上可访问的，因为电荷跃迁能级（CTL）的位置位于带隙内。还讨论了\textit{A posteriori}的电荷修正。通过与最近观察到的PL和ODMR光谱的比较，发现了实验孤立的单自旋中心作为中性C $_\text{B}$点缺陷的近似识别。
2021-07-21 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph quant-ph
First Principles Calculation of Elastic Moduli of Early-Late Transition Metal Alloys
出于对高强度非晶态金属弹性性能的兴趣，我们研究了选择的结晶相的弹性性能。使用第一性原理方法，我们计算弹性模量在各种化学体系中含有过渡金属，特别是早期（Ta，W）和晚期（Co，Ni）。理论预测的合金弹性性能进行验证，镍钽与实验测量，使用共振超声光谱比较。我们计算的弹性模量与有效介质理论的比较表明，合金化导致相对于纯元素的平均值的体积模量的增强，以及预测和计算的剪切模量的相当大的偏差。具体而言，我们发现相对于有效介质理论的体积模量的增强，并提出了一个候选系统的高强度，韧性金属玻璃。利用力常数、电子态密度和晶体重叠哈密顿布居分析了化学体系弹性性质的变化趋势。我们解释我们的研究结果的合金的电子结构。
2014-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling the effects of anionic vacancies and temperature on mechanical properties of NbC and NbN: Insights from Quantum Mechanical Study
The Technical University of Kenya（肯尼亚科技大学）；Moi University（莫伊大学）；University of Eldoret（埃尔多雷特大学）
本研究通过量子力学方法探讨了温度与阴离子空位对NbC和NbN机械性能的影响，揭示了结构、缺陷和热效应对材料韧性和脆性转变的关键作用。
2026-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Phase stability and mechanical property trends for MAB phases by high-throughput ab initio calculations
本研究通过高通量从头计算筛选多种元素与化学计量比构成的MAB相，分析其相稳定性、相变增韧潜力与各向异性力学性能，识别出Nb₃AlB₄等多种高潜力材料，为MAB相的实验合成与应用提供理论指导。
2024-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Effect of van der Waals interactions on the structural and elastic properties of black phosphorus
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了正交黑磷的结构和弹性性质。的结构参数已被计算使用局域密度近似（LDA），广义梯度近似（GGA），并与几个色散校正，包括范德华相互作用。与实验结果相比，色散修正改善了LDA和GGA的晶格参数。计算再现压力下的实验趋势，并表明范德华相互作用是最重要的结晶b轴，在这个意义上说，他们有最大的影响磷层之间的键合。弹性常数的计算，并发现与实验值吻合良好。计算出的C $_{22}$弹性常数显著大于C $_{11}$和C $_{33}$参数，这意味着黑磷沿a轴比沿b轴和c轴对应变更硬。由计算的弹性常数，得到了材料的体积模量、剪切模量、杨氏模量和泊松比等力学性质。计算得到的喇曼激活光学声子频率及其压力变化与实验结果吻合得很好。
2012-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Structure, elastic and bonding properties of hcp ZrxTi1-x binary alloy from first-principles calculations
采用第一性原理计算研究了六方晶系ZrxTi 1-x二元合金的结构、弹性和键合性能。采用特殊的准随机结构（SQS）方法模拟了六方相ZrxTi（1-x）合金的随机结构.结果发现，体积模量，B，杨氏模量，E，和剪切模量，G，表现出下降的趋势，随着Zr的量的增加。ZrxTi_（1-x）在整个成分范围内都具有韧性。根据Mulliken电荷分析，我们发现在hcp Zr_xTi_（1-x）合金中，元素Ti的电负性比Zr的电负性大得多，且一个原子的电荷转移与其周围其他元素原子的数量近似成线性关系。
2015-12-20 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Frank Elastic Constants of Semiflexible Polymer Solutions
本文导出了半柔性聚合物的弹性常数。我们绘制这些结果作为一个功能的粗粒度Maier-Saupe四极对齐强度和聚合物刚度范围从刚性到高度灵活的。推导过程中采用了随机相位近似，并将蠕虫状链的统计结果与采用球谐基的高分子场论的统计结果相结合。使用数值逆拉普拉斯变换的结果进行评估。我们提出的结果在微观特征，如发夹和聚合物末端，使趋势可以独立于推导理解。主要发现是，对于刚性聚合物$K_{bend}>K_{splay}>K_{twist}$，而对于柔性聚合物$K_{splay}>K_{bend}>K_{twist}$。对于刚性聚合物，Frank弹性常数随着聚合物长度的增加而增加。对于柔性聚合物，弹性常数随着持久长度而增长，持久长度成为特征长度尺度，除了$K_{splay}$在高排列强度下由于消除发夹而随着聚合物长度而增长。
2022-07-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Elastic properties of Janus transition metal dichalcogenide nanotubes from first principles
采用第一性原理Kohn-Sham密度泛函理论计算了Janus过渡金属二硫属化物（TMD）纳米管的弹性性质。具体而言，我们进行电子结构模拟，利用循环和螺旋对称性的系统中计算的杨氏模量，泊松比，和扭转模量为27选择扶手椅和锯齿形Janus TMD纳米管在其平衡直径。我们发现，在模量值的以下趋势：MSSe > MSTe > MSeTe，而它们的各向异性相对于扶手椅和锯齿形配置有以下顺序：MSTe > MSeTe > MSSe。通过使用各向同性弹性连续体模型从扭转模量计算剪切模量，并将其与从各向同性关系预测的值进行比较，确认不同组之间的各向异性及其排序。我们还开发了一个模型的Janus TMD纳米管的杨氏模量和扭转模量的线性回归的基础上。
2022-09-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Elastic properties of transition metal dichalcogenides
本文通过第一性原理计算系统研究了2H-MX₂过渡金属二硫属化物的弹性质，揭示金属型与半导体型TMDs在晶格参数和力学模量上的根本差异，并建立了模量随原子序数和化学组成变化的规律。
2025-05-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Contrasting Elastic Properties of Heavily B- and N-doped Graphene, with Random Distributions Including Aggregates
我们专注于B-和N-掺杂的石墨烯在高达20%的浓度范围内的弹性性能。利用密度泛函理论计算了一组具有代表性的具有无序杂质模式（包括聚集体）的超原胞的杨氏模量、体积模量、剪切模量和泊松比。与早期的工作相比，它表明，掺杂氮甚至加强了石墨烯层，而掺入硼诱导模拟STM图像中看到的大的结构和形态变化。杨氏模量和剪切模量分别随着氮或硼的掺杂强度而增加或减少，而体积模量和泊松比则表现出相反的趋势。这两种杂质的样品的弹性性质与电子结构密切相关，特别是对于重掺杂（>12%）。掺杂剂的局部排列和杂质的聚集或分离在确定所研究的系统的刚度中起着至关重要的作用。有趣的是，这些发现对含B和含N的样品是相反的。
2013-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculation of higher-order elastic constants from divided differences
提出一种基于有限应变、密度泛函理论和均差递归微分的通用第一性原理方法，可计算任意材料任意阶弹性常数，并成功应用于硅、金、α-石英和凯夫拉等材料。
2025-09-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Elastic constants of Ice I$_h$ as described by semi-empirical water models
使用分子动力学模拟，我们计算了冰I $_h$的弹性常数为一组8个常用的半经验势水，即刚性分子SPC/E，TIP 4P，TIP 4P 2005，TIP 4P/冰和TIP 5 P模型，柔性分子qTIP 4P/Fw和SPC/Fw模型和粗粒度原子mW势。从定量角度来看，mW描述给出了最接近实验的各个刚度常数的值，而显式质子模型则显示出巨大的差异。另一方面，与所有的显式质子势相反，mW模型无法再现中心定性趋势，如杨氏模量和剪切模量的各向异性。这表明冰I $_h$的弹性行为与其分子性质密切相关，这在mW模型中已被粗粒化。这些意见是一致的，最近的表现有关的mW模型在冰I $_h$的机械性能的描述的局限性。
2018-11-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
