我们提出了一个从头算研究的结构和电子输运性质的黝铜矿,Cu $_{12}$ Sb $_4$ S $_{13}$,在其高温相。我们展示了这种复杂的化合物可以被看作是一个半导体的fematinite样结构(Cu 3SbS 4)中的S-空位的有序排列的结果。我们的计算证实,S-空位是这种热电化合物中的天然掺杂机制,并揭示了晶体学上不等价的Cu原子周围类似的局部化学环境,从而揭示了这种化合物中XPS测量的争论。为了获得电输运性质作为温度的函数,我们使用Kubo-Greenwood公式应用于第一性原理分子动力学模拟的快照。这种方法对于有效地解释这种复杂晶体结构中电子和晶格振动之间的相互作用至关重要,在这种复杂晶体结构中,强非谐性在稳定高温相方面起着关键作用。我们的研究结果表明,塞贝克系数是在良好的协议与实验和声子限制电阻率显示的温度趋势,比较以及与广泛的实验数据。预测的下限电阻率原来是非常低的原始矿物在铜锑硫系统,但不太远,从文献报道的最低实验数据。结果表明,洛伦兹数大大低于从Wiedemann-Franz定律中的自由电子值所预期的值,从而提供了一种准确的方法来估计实验中电子和晶格对热导率的贡献,这在这种非常低的热导率晶体材料中具有重要意义。
英文摘要:
We present an ab initio study of the structural and electronic transport properties of tetrahedrite, Cu$_{12}$Sb$_4$S$_{13}$, in its high-temperature phase. We show how this complex compound can be seen as the outcome of an ordered arrangement of S-vacancies in a semiconducting fematinite-like structure (Cu3SbS4). Our calculations confirm that the S-vacancies are the natural doping mechanism in this thermoelectric compound and reveal a similar local chemical environment around crystallographically inequivalent Cu atoms, shedding light on the debate on XPS measurements in this compound. To access the electrical transport properties as a function of temperature we use the Kubo-Greenwood formula applied to snapshots of first-principles molecular dynamics simulations. This approach is essential to effectively account for the interaction between electrons and lattice vibrations in such a complex crystal structure where a strong anharmonicity plays a key role in stabilising the high-temperature phase. Our results show that the Seebeck coeffcient is in good agreement with experiments and the phonon-limited electrical resistivity displays a temperature trend that compares well with a wide range of experimental data. The predicted lower bound for the resistivity turns out to be remarkably low for a pristine mineral in the Cu-Sb-S system but not too far from the lowest experimental data reported in literature. The Lorenz number turns out to be substantially lower than what expected from the free-electron value in the Wiedemann-Franz law, thus providing an accurate way to estimate the electronic and lattice contributions to the thermal conductivity in experiments, of great significance in this very low thermal conductivity crystalline material.
Plane Wave Density Functional Theory Studies of the Structural and the Electronic Properties of Amino Acids Attached to Graphene Oxide via Peptide Bonding
Study of the structural and electronic properties of semimetallic InBi: first-principles calculation of compound with peculiarities of the electronic structure
The structural and electronic properties of tin oxide nanowires: an {\it ab initio} investigation
我们对金红石型氧化锡(SnO $_{x}$)纳米线的性质进行了{ \it ab initio}研究。我们计算了几种导线尺寸和表面小平面配置的导线属性,确定平衡几何形状,结合能和电子能带结构。结果允许建立缩放律的结构特性,在纳米线周长。结果还表明,表面态控制了纳米线的大部分电子性质。纳米线表面的氧掺入钝化了表面相关的电子态,由此产生的量子特性和标度律与纳米线内部的电子完全一致。此外,线表面中的氧掺入产生了自旋向上和向下电子的不平衡浓度,导致纳米线的磁性状态。
Tuning electronic heat transport in graphene/metal heterostructures with ultralow thermal conductivity
现有的超低热导率材料由于材料中有限的电子传输而不适用于热电应用。在这里,我们提出了一类新的超低热导率材料与大量的电子热传输。我们的样品是通过热蒸发或射频磁控溅射沉积的转移石墨烯和金属钯膜(Pd,Au和Ni)的石墨烯/金属异质结构。对于蒸发的样品,我们实现了0.06 W m-1 K-1的超低热导率,声子作为主要的热载体。超低的热导率是由于石墨烯和金属中声子能量的巨大差异。有趣的是,对于溅射样品,我们发现,约50%的热量是由电子携带的,即使热导率约为0.1 W m-1 K-1。我们将电子贡献归因于电子在石墨烯中穿过原子级针孔的传输。这种具有超低导热系数和电子输运特性的新材料有望在热电领域得到应用。
First-principles Studies on Structural, Electronic, Optical and Mechanical Properties of Inorganic CS2NaTlX6 (X = F, Cl, Br) Double Halide Perovskites
在密度泛函理论的基础上,采用广义梯度近似(GGA)中的PBE泛函,计算了无铅卤化物双钙钛矿化合物Cs2NaTlX6 X = F,Cl,Br的结构、电学、光学和力学性质,计算了它们的晶格常数、晶胞体积、总能量、体积模量、压力导数、电子态密度揭示了该化合物的半导体性质,能带结构显示了带隙的直接性质,引入HSE 06泛函修正了GGA中低估的带隙,计算了该化合物的能带结构。PBE功能。实部和虚部的介电函数,吸收系数,能量损失函数,反射率,折射率和消光系数进行了分析和解释的电子结构。
Relativistic First-Principles Full Potential Calculations of Electronic and Structural Properties of group IIIA-VA semiconductors based on Zeroth Order Regular Approximation (ZORA) Hamiltonian
Modifying the Electronic Orbitals of Nickelate Heterostructures Via Structural Distortions
我们描述了一种通用的材料设计方法,在镍酸盐异质结构中产生大的轨道能量分裂(轨道极化),在费米能处产生二维单带电子表面。由此产生的电子结构模仿高温铜酸盐超导体。这两个关键要素是:(i)通过电荷转移和内部电场构建原子尺度的Ni位畸变,以及(ii)使用三组分超晶格来打破反转对称性。我们使用{ \it ab initio}计算实现的方法,与实验验证的关键结构基序,使设计成功。
Ab-initio study of structural, elastic, electronic, optical and thermodynamic properties of MgV2O6
采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波紫外赝势方法,对正交MgV 2 O 6的结构、力学、电子、光学和热力学性质进行了从头计算.计算的晶格参数与实验数据符合得很好。计算了二阶弹性常数和其它相关量,如杨氏模量、剪切模量、泊松比、压缩系数、各向异性因子、声速和德拜温度。在分析计算的弹性常数后,表明所研究的化合物是机械稳定的。电子能带结构分析表明,该化合物具有半导体性质,带隙为2.195 eV,主要来自O-2s态。
Structural, elastic and electronic properties of Ir-based carbides-antiperovskites Ir3MC (M = Ti, Zr, Nb and Ta) as predicted from first-principles calculations
Tunable Electronic and Transport Properties of Biphenylene via Fluorination and Disorder
Instituto de Física, Universidade Federal de Uberlândia(乌贝兰迪亚联邦大学物理研究所);Ilum School of Science, Brazilian Center for Research in Energy and Materials (CNPEM)(巴西能源与材料研究中心(CNPEM)伊卢姆科学学院)