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过渡金属硼化物因其具有良好的导电性、高硬度、高熔点和潜在的工业应用而成为近些年实验和理论的研究热点。最近,几种过渡金属硼化物在常压条件下被合成,这就大大降低了它们的应用成本;且它们拥有优良的的物理特性(如WB4的硬度达46.2 GPa, ReB2的硬度到48 GPa)。对于3d、4d和5d的过渡金属硼化物,人们做了大量的试验和研究,但由于实验上很难获得足够大的单晶,故物质结构的准确测量受到限制,所以通常运用第一性原理的方法对它们进行理论上的模拟以确定物质的结构。 第一性原理计算可以很好地解释实验上的现象,同时它也可以预测实验上没有合成的物质的性质,为实验上合成这种物质提供依据。我们运用第一性原理的方法研究了Mn-B系统中不同化学配比的化合物的性质。计算的形成焓的结果表明:在0 GPa下, Mn2B-Al2Cu、MnB-CrB、MnB2-ReB2和MnB4在凸壳图的曲线上,表明它们是最稳定的结构;在50 GPa下,Mn2B-Al2Cu、MnB-FeB、Mn3B4-Ta3B4、MnB2-ReB2和MnB4是基态结构。最小的形成焓出现在Mn:B为1:1的情况下。在所研究的化合物中,Al2Cu结构的Mn2B具有最大的体弹模量,说明它是最难压缩的Mn-B化合物。尽管AlB2结构的MnB2被人们研究了很长时间,但是我们的计算结果表明ReB2结构的MnB2比其能量更低,结构更稳定。所以我们建议在实验上进一步研究AlB2结构的MnB2。我们的计算结果也表明,ReB2结构的MnB2和MnB4是热力学稳定和弹性稳定的,它们的理论硬度分别达到了40.3 GPa和49.9 GPa,说明它们是潜在的超硬材料。 我们用基于密度泛函理论的第一性原理的方法研究了不同硼含量的硼化铬的相稳定性、弹性性质和电子结构等性质。我们还运用了基于粒子群(PSO)方法的CALYPSO的程序预测了CrB3和CrB4的晶体结构。研究的结果表明我们选择的基态结构都是弹性稳定和热力学稳定的。考虑到它们的形成焓和压强的关系以及凸壳图,我们发现实验上合成的MoB结构的CrB在100 GPa下是最稳定的。我们计算的CrB2-WB2在0 GPa下要比实验上合成的CrB2-AlB2结构更稳定。以前实验上合成的CrB4的结构被我们预测到了,但是我们预测的CrB4-PSC要比实验上更加稳定,CrB4-PSC在零压下是热力学稳定和弹性稳定的。计算的声子谱表明,CrB2-WB2,PSA和PSB都是动力学稳定的。高的剪切模量,杨氏模量,小的泊松比和低的B/G的比值表明PSC和PSD是潜在的高硬度材料。计算的电子局域函数(electronic localization function,ELF)的结果表明,CrB和CrB4中的Cr-B和B-B的共价键是它门具有高硬度的主要原因。 基于粒子群优化(PSO)的方法成功的对金属 Mo在高压零温下的晶体结构进行了结构预测。在低压下,我们成功预测出了实验上合成的bcc结构的Mo,并证明了这种结构的Mo在660 GPa以下都是稳定的。在660 GPa以上,我们运用PSO方法预测到了一种新的双六角密排结构。这种dhcp结构在660 GPa以上要比bcc结构的更稳定。同时,我们也发现在706 GPa以上,前人建议的fcc结构要比dhcp结构的能量要高。也就是说在0 K下,Mo在1000 GPa下的相变只有一个,就是在660 GPa从bcc结构转变为dhcp结构 我们运用基于粒子群优化(PSO)方法的CALYPSO软件成功的对ReB4的晶体结构在高压零温下进行了结构预测。然后用第一性原理的方法对其物理特性进行了研究。计算结果表明R-3m结构的ReB4要比以前建议的WB4结构更加稳定。声子谱和形成焓的计算结果表明它是动力学稳定的,且有可能在常温常压条件下实验上合成。焓压曲线关系和凸壳图的分析结果表明R-3m结构的ReB4是很难分解成Re和B元素的。预测的晶体结构高的体弹模量表明它们都是难压缩的材料。