過渡金屬氫化物RhH和PdH-,x-力學(xué)、磁學(xué)和電學(xué)性質(zhì)的第一原理研究.pdf

1、在過去幾十年里，無論是在實驗還是理論方面，對金屬-氫體系的研究都引起了人們的極大興趣.其中最主要的原因是許多的金屬-氫體系都具有非常重要的應(yīng)用價值，例如，可以用于能量儲存材料.并且，當(dāng)氫加入金屬后，很多有趣的金屬特性都將被修整，包括金屬磁性的轉(zhuǎn)變，超導(dǎo)性的改變以及力學(xué)性能的降低等顯著的變化.
　　 近幾十年來，由于計算水平和計算方法的不斷提高，密度泛函理論發(fā)展迅猛，對凝聚態(tài)體系研究取得了長足的進(jìn)展，目前已廣泛應(yīng)用于過渡金屬體系的

2、理論研究.在本論文中，我們采用基于密度泛函理論的第一原理方法研究了金屬氫化物RhH和PdHx（x=0，0.25，0.5，0.75，1.0）在應(yīng)力作用下的結(jié)構(gòu)、力學(xué)、磁學(xué)性質(zhì)和電子結(jié)構(gòu).獲得的結(jié)果主要有：
　　 一、首先，得到了bcc結(jié)構(gòu)，fcc結(jié)構(gòu)金屬Rh及NaCl型RhH的結(jié)構(gòu)形貌和體彈性模量、理論強(qiáng)度等力學(xué)性質(zhì)，Rh的體彈性模量與實驗及其他理論方法得到的結(jié)果吻合的很好，NaCl型RhH的體彈性模量要小于Rh的.第一次給出了R

3、h及RhH的理論強(qiáng)度，并且探討了原胞體積變化時以上幾種結(jié)構(gòu)應(yīng)力的變化情況，發(fā)現(xiàn)不同的原胞體積對應(yīng)不同的受力和形變過程.在應(yīng)變很小的時候，應(yīng)力隨體積的變化較大；當(dāng)原胞體積進(jìn)一步增大時，應(yīng)力-體積曲線的斜率逐漸減小，最后達(dá)到極限應(yīng)力.
　　 二、研究了bcc結(jié)構(gòu)和fcc結(jié)構(gòu)金屬Rh及具有NaCl立方結(jié)構(gòu)和ZrH四面體結(jié)構(gòu)氫化物RhH的電子結(jié)構(gòu)和磁學(xué)性質(zhì).NaCl型立方RhH結(jié)構(gòu)比ZrH型四面體RhH結(jié)構(gòu)的總能小，因此更加穩(wěn)定.這幾種

4、結(jié)構(gòu)都具有較強(qiáng)的“磁致伸縮”效應(yīng)，即隨著原胞體積的變化，磁距有“低磁距-小體積”到“高磁距-大體積”變化的規(guī)律.Fcc結(jié)構(gòu)Rh在平衡晶格常數(shù)時的磁距為零，bcc結(jié)構(gòu)Rh在平衡晶格常數(shù)時具有非零磁距.兩種結(jié)構(gòu)的RhH體系在平衡晶格常數(shù)時都有磁性，即具有非零磁距.以上幾種結(jié)構(gòu)費米能級附近的態(tài)密度主要源于Rh原子4d電子的貢獻(xiàn).NaCl立方結(jié)構(gòu)和ZrH四面體結(jié)構(gòu)RhH中H原子的1s電子主要集中在-9.0到-7.0eV的能量范圍內(nèi).
　　

5、 三、應(yīng)用同樣的方法研究了PdHx（x=0，0.25，0.5，0.75，1.0）的結(jié)構(gòu)形貌和力學(xué)性質(zhì).在fcc結(jié)構(gòu)金屬Pd的八面體位置上從1到4依次填加H原子，相繼形成Pd4H1，Pd4H2，Pd4H3，PdH的氫化物結(jié)構(gòu).Pd的體彈性模量與實驗及其他理論方法得到的結(jié)果吻合的很好，PdHx（x=0.25，0.5，0.75，1.0）的體彈性模量要小于金屬Pd的.我們也給出了Pd及PdHx的理論強(qiáng)度.體彈性模量和理論強(qiáng)度隨H組分的變化規(guī)律

6、都是相同的，即隨H組分先增加后降低再增加.同時在應(yīng)變很小的情況下，PdHx應(yīng)力隨原胞體積的變化較大；當(dāng)應(yīng)變進(jìn)一步增大時，曲線的斜率逐漸減小，最后應(yīng)力達(dá)到一個極限值.
　　 四、研究了PdHx（x=0，0.25，0.5，0.75，1.0）的電子結(jié)構(gòu)和磁學(xué)性質(zhì).對于金屬Pd和H組分為0.25的氫化物結(jié)構(gòu)，我們發(fā)現(xiàn)平衡結(jié)構(gòu)時具有非零磁距，Pd，Pd4H1及Pd4H2結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的“磁致伸縮”效應(yīng).兩種氫化物結(jié)構(gòu)中原子的磁距與Pd-H原