【摘要】：凝聚態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的理論預(yù)測(cè)是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。課題組前期基于晶體對(duì)稱性的分類檢索思想，，結(jié)合粒子群多目標(biāo)優(yōu)化算法，引入結(jié)構(gòu)表征的成鍵特征矩陣，提出并發(fā)展了卡里普索（CALYPSO）晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法，編制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CALYPSO結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)軟件，現(xiàn)已成為結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)領(lǐng)域的重要工具。本論文基于前期積累，發(fā)展了CALYPSO團(tuán)簇結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法，編制了相應(yīng)的程序代碼并集成于CALYPSO軟件包中（見網(wǎng)址：http://www.calypso.cn），在此基礎(chǔ)上，對(duì)鋰的高壓半導(dǎo)體相的結(jié)構(gòu)和硼的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，獲得了創(chuàng)新性結(jié)果： 1.綜合考慮孤立體系的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和復(fù)雜性，對(duì)CALYPSO方法中多種結(jié)構(gòu)處理方法進(jìn)行擴(kuò)展，發(fā)展了CALYPSO團(tuán)簇結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法：引入點(diǎn)群對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的限制，有效減少了探索空間的自由度，增加結(jié)構(gòu)種群的多樣性；引入成鍵特征矩陣，實(shí)現(xiàn)對(duì)團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的唯一表征，用于排除相似結(jié)構(gòu)，對(duì)搜索相空間進(jìn)行有效劃分；調(diào)整粒子群優(yōu)化算法使其可以進(jìn)行高效的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)演化。系統(tǒng)的測(cè)試表明該方法可以進(jìn)行高效可靠的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)。 2.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電性極好的金屬鋰在高壓下竟然失去了金屬性，轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體，這激發(fā)了人們對(duì)鋰的高壓半導(dǎo)體相結(jié)構(gòu)的研究熱潮。本文利用自主發(fā)展的CALYPSO晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法，提出在60萬(wàn)大氣壓下金屬鋰轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋�(gè)晶體學(xué)單胞內(nèi)包含40個(gè)原子的復(fù)雜底心正交結(jié)構(gòu)（Aba2-40結(jié)構(gòu)），該結(jié)構(gòu)中由于芯電子的排斥作用，價(jià)電子被完全局域到晶格的間隙區(qū)域，失去了自由電子特性，金屬鋰變成了半導(dǎo)體。本文提出的半導(dǎo)體Aba2-40結(jié)構(gòu)隨后被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。 3.富勒烯是納米科學(xué)領(lǐng)域的重要結(jié)構(gòu)單元，但至今未發(fā)現(xiàn)由非碳元素形成的富勒烯。本文利用自主發(fā)展的CALYPSO團(tuán)簇結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法，提出由38個(gè)硼原子組成的硼團(tuán)簇具有類富勒烯結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由硼三角和硼六角組成，是一個(gè)六角空洞摻雜的二十面體。細(xì)致的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算表明該純硼富勒烯結(jié)構(gòu)具有較大的能隙、奇特的雙重芳香性和滿殼層的電子結(jié)構(gòu)，能量上極為穩(wěn)定。研究結(jié)果為實(shí)驗(yàn)合成出非碳富勒烯結(jié)構(gòu)提供了重要的理論支撐。
[Abstract]:The theoretical prediction of condensed matter structure is a challenging subject. Based on the theory of crystal symmetry classification retrieval and particle swarm optimization (PSO), a new method of crystal structure prediction for Carripsos (CALYPSO) is proposed and developed by introducing the bond-forming characteristic matrix of structural representation. The CALYPSO structure prediction software with independent intellectual property rights has been developed and has become an important tool in the field of structure prediction. Based on the previous accumulation, this paper develops the CALYPSO cluster structure prediction method, compiles the corresponding program code and integrates it into the CALYPSO software package (see Web site: http://www.calypso.cn), on this basis, The structure of high voltage semiconductor phase of lithium and the cluster structure of boron are systematically studied. The innovative results are as follows: 1. Considering the structural characteristics and complexity of the isolated system, this paper extends several structural processing methods in the CALYPSO method and develops the CALYPSO cluster structure prediction method. The introduction of the point group limits the structure generation and effectively reduces the degree of freedom in the exploration space. Increasing the diversity of structural populations; The key feature matrix is introduced to realize the unique representation of the cluster structure, which is used to eliminate the similar structure and effectively partition the search phase space. The particle swarm optimization algorithm is adjusted to make the cluster structure evolve efficiently. The system tests show that this method can predict the cluster structure efficiently and reliably. 2. It is found that lithium, which has excellent conductivity, has lost its gold properties and changed into semiconductors at high voltage, which has stimulated the research on the phase structure of lithium in high-voltage semiconductors. In this paper, using the independently developed CALYPSO crystal structure prediction method, a complex bottom center orthogonal structure (Aba2-40) with 40 atoms in a crystallographic unit cell is proposed for the conversion of lithium metal into a crystallographic unit at 600000 atmospheres. Due to the repulsive effect of core electrons, the valence electrons are completely localized to the gap region of the lattice, and the free electron property is lost, and the lithium metal becomes a semiconductor. The semiconductor Aba2-40 structure proposed in this paper was subsequently verified by experiments. 3. Fullerene is an important structural unit in nanoscience, but no fullerenes formed by non-carbon elements have been found up to now. In this paper, using the independently developed CALYPSO cluster structure prediction method, it is proposed that the boron cluster composed of 38 boron atoms has fullerene-like structure, which is composed of boron triangle and boron hexagonal, and is an icosahedron doped with hexagonal cavity. Detailed electronic structure calculations show that the pure boron fullerene structure has a large energy gap, unique double aromaticity and full shell electronic structure, and the energy is extremely stable. The results provide important theoretical support for the experimental synthesis of non-carbon fullerenes.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：O469

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 吳明在;孫兆奇;劉艷美;馬永青;戴鵬;;簡(jiǎn)諧晶體高溫比熱的量子修正[J];合肥師范學(xué)院學(xué)報(bào);2010年06期

2 孟影;張曉森;汪月琴;;用簡(jiǎn)并微擾法分析金屬晶體中散射波較強(qiáng)情況[J];合肥師范學(xué)院學(xué)報(bào);2011年06期

3 朱光來,李春燕,許新勝,崔執(zhí)鳳;群論與異核雙原子分子的光譜項(xiàng)[J];安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2003年04期

4 李嘉亮,陳益妹;熱力學(xué)第三定律的一種新的論證方法[J];安慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年01期

5 丁長(zhǎng)庚;用近自由電子近似法計(jì)算硅的能帶[J];安慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1995年03期

6 岳蘭;孟繁新;;沉積溫度對(duì)納米ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)和光電性能的影響[J];半導(dǎo)體光電;2010年05期

7 顧懷懷;程秀蘭;施亮;林昆;;金屬納米晶存儲(chǔ)器件數(shù)據(jù)保持能力建模與驗(yàn)證[J];半導(dǎo)體技術(shù);2008年03期

8 程江;朱世富;趙北君;趙欣;陳寶軍;何知宇;楊慧光;孫永強(qiáng);張羽;;通過退火研究ZnGeP_2晶體中點(diǎn)缺陷與紅外透過率的關(guān)系[J];半導(dǎo)體技術(shù);2008年S1期

9 樊康旗,賈建援,朱應(yīng)敏;體心立方晶體用于實(shí)現(xiàn)原子級(jí)存儲(chǔ)的可行性[J];微納電子技術(shù);2005年05期

10 郭曉光;郭東明;康仁科;金洙吉;;單晶硅納米級(jí)磨削過程中磨粒磨損的分子動(dòng)力學(xué)仿真[J];半導(dǎo)體學(xué)報(bào);2008年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 鐘萬(wàn)勰;姚征;張洪武;;界帶分析[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2005論文摘要集（上）[C];2005年

2 張磊;陸啟生;李莉;;組合激光輻照CdS實(shí)驗(yàn)與耦合系數(shù)測(cè)量[A];第九屆全國(guó)物理力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

3 黃均平;;基于能量統(tǒng)一格式的多尺度有限元計(jì)算方法[A];中國(guó)計(jì)算力學(xué)大會(huì)'2010（CCCM2010）暨第八屆南方計(jì)算力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議（SCCM8）論文集[C];2010年

4 張晨;曲遠(yuǎn)方;單丹;;CeO_2摻雜對(duì)BaTiO_3基陶瓷介電性能及微觀形貌的影響[A];華北地區(qū)硅酸鹽學(xué)會(huì)第八屆學(xué)術(shù)技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2005年

5 任菁;徐國(guó)躍;顧冰芳;程傳偉;羅艷;;熱處理溫度對(duì)硫化物顏料紅外發(fā)射率的影響[A];2006年全國(guó)功能材料學(xué)術(shù)年會(huì)專輯（Ⅲ）[C];2006年

6 宋橋臺(tái);楊蘋;王錦標(biāo);魯雄;黃楠;;鉭摻雜金紅石TiO_2電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究[A];第六屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（10）[C];2007年

7 楊振忠;馬忠良;;基于石墨導(dǎo)熱介質(zhì)的新型LED室內(nèi)燈具散熱系統(tǒng)[A];《室內(nèi)照明節(jié)能與新技術(shù)研討會(huì)》論文集[C];2009年

8 陳松;張曉萍;劉利軍;;介孔材料合成過程中正丁醇的作用[A];分子篩催化與納米技術(shù)——分子篩協(xié)作組2006年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2006年

9 姚進(jìn)斌;;超導(dǎo)體的中間態(tài)熱力學(xué)研究[A];第二十七屆全國(guó)化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2006年

10 白詠梅;韓紹昌;于文志;陳晗;劉芳凌;;釔摻雜LiFePO_4正極材料的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第26屆學(xué)術(shù)年會(huì)新能源與能源化學(xué)分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 魏洪源;原子分子在δ-Pu上的吸附、離解與擴(kuò)散過程研究[D];中國(guó)工程物理研究院;2010年

2 姜恒;多尺度結(jié)構(gòu)功能材料在水下聲隱身中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2009年

3 曲華;摻雜型ZnS納米粒子的制備及表面修飾對(duì)其發(fā)光性質(zhì)的影響[D];中國(guó)海洋大學(xué);2010年

4 燕保榮;電磁波與低維固體表面等離體子相互作用的研究[D];華中科技大學(xué);2010年

5 孫松;TiO_2基光催化劑的制備、結(jié)構(gòu)及光催化降解VOCs性能與機(jī)理研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

6 何麗娟;新型光激放電測(cè)量裝置研制及典型聚合物PSD譜[D];哈爾濱理工大學(xué);2010年

7 于曉慧;金屬摻雜TiO_2和ZnO的第一性原理研究[D];江蘇大學(xué);2010年

8 王亞珍;基于熱力耦合的界面摩擦機(jī)理的研究[D];華南理工大學(xué);2010年

9 姚宗健;橫向振動(dòng)在周期復(fù)合結(jié)構(gòu)板中傳播問題的研究[D];北京交通大學(xué);2010年

10 譚紅琳;金屬離子摻雜的ZnO第一性原理計(jì)算及透明導(dǎo)電薄膜制備研究[D];昆明理工大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李沖;超導(dǎo)材料性質(zhì)和半導(dǎo)體表面重構(gòu)及表面合金性質(zhì)[D];鄭州大學(xué);2010年

2 王志鵬;基于拉曼光譜下的A_2（MoO_4）_3材料熱膨脹性研究[D];鄭州大學(xué);2010年

3 崔向前;輕金屬LiAlH_4，LiBH_4儲(chǔ)放氫第一性原理研究[D];鄭州大學(xué);2010年

4 姜雅麗;La_2Mo_3O_（12）薄膜的制備和光學(xué)性能的研究[D];鄭州大學(xué);2010年

5 肖柳;第一原理研究六方氮化硼不同結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[D];中國(guó)海洋大學(xué);2010年

6 陳平;稀土鎂合金β'和β"以及6HLPS相的第一性原理研究[D];湘潭大學(xué);2010年

7 馬明明;有限寬介觀環(huán)中持續(xù)電流的量子尺寸與梯度無序效應(yīng)[D];湘潭大學(xué);2010年

8 劉芬;鐵電存儲(chǔ)器用鈦酸鉍材料的第一性原理計(jì)算及電導(dǎo)機(jī)制分析[D];湘潭大學(xué);2010年

9 劉心娟;納米材料彈性及熱穩(wěn)定性的尺寸效應(yīng)[D];湘潭大學(xué);2010年

10 楊春娣;鋁基金屬間化合物電子結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)的第一性原理研究[D];湘潭大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2370166