二维硼化钛的高通量结构搜索及其超导电性的理论研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sniper0928
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,二维材料由于其结构新颖、性能优异而备受关注。硼元素的缺电子性(electron deficiency)使其无法通过经典的二中心二电子(2c-2e)键形成稳定结构,需要通过多中心键来使体系满足八电子规则。这导致了硼的化合物丰富的结构多样性。理论和实验表明,二维硼材料可以在金属衬底上稳定存在,结构是含有一定比例的六边形空位的三角晶格,空位的具体分布可用于调控体系性质。当硼和过渡金属原子形成二维化合物时,体系的结构和性质与金属原子的种类、比例密切相关,这使得二维过渡金属硼化合物具有很好的应用前景,并可以作为研究新的物理现象的候选体系。结构多样性是体系性质丰富的来源,但也使硼基化合物构型的理论预测和实验合成变得困难。硼基化合物的势能面存在大量的局域极小值,增大了结构搜索的难度,多中心键的存在使得势函数的拟合变得困难,导致无法简化体系的能量评估。以二维硼化钛结构为例,本文通过基于结构识别的高通量第一原理计算,使用加入结构相关的先验知识进行有偏向性的筛选(biased-screening),对体系的结构稳定性和性质进行了系统研究。我们使用结构查重方法构建相对合理的初始构型,初始构型可均匀分布于势能面空间中目标结构能量局域极小值点附近,效果优于无偏向性的全局搜索算法(unbiased-screening)。在二维硼化钛中,硼原子之间倾向于保持包含空位的平面三角网格结构,通过引入多边形空位,钛原子可以出现不同的配位数。对于给定尺寸的体系,我们考虑各种可能的超胞形状;在给定的超胞中,通过结构检查,去掉重复结构,充分考虑了各种合理的初始构型。我们发布了开源的程序包Structures of Alloy Generation And Recognition(SAGAR),并申请了软件著作权。我们用高通量工作流程序Aii DA,对二维硼化钛进行了结构稳定性的系统研究。通过研究分析,我们确认了各个不同配比下已经报导过的钛硼单层材料,发现空间群为(Cmmm)的TiB7单层结构能量更低。需要强调的是,通过加入先验的结构信息,我们所生成和计算的结构总数相比全局搜索算法所涉及的结构数量大大减少,有偏向性的结构搜索方法逻辑简单,更容易结合工作流工具进行计算的管理。我们对最稳定的TiB7、TiB9单层结构以及由单层TiB7堆叠而成的双层TiB7结构进行了超导电性的计算和分析。其中,单层TiB7的超导转变温度最大,达到了8.3 K,而且其超导转变温度随拉伸应力的增大而减小。TiB7双层和TiB9单层的超导转变温度分别为5.5 K和1.2 K。在二维硼化钛结构的搜索中,我们结合材料相关的先验知识,发现进行有偏向性的筛选和搜索,可以有效缩小搜索的构型空间,节约计算成本。经推广,我们对更一般性的体系实现了高效的周期结构查重、快速生成合理结构的方法。这可以和高通量工具流程序结合,对一般性体系进行相应的性质计算和分析。
其他文献
与普通绝缘体不同,拓扑绝缘体的边界上存在受体拓扑保护的边界态。这种边界态对结构参数的平缓变化不敏感,在信号的无损传输方面具有潜在的应用价值。除了在量子系统中实现电子的拓扑绝缘体,研究者们也试图在各种经典系统中寻找和实现拓扑绝缘体,包括光学、声学、机械、电路系统等等。其中,电路系统是最近几年才用于拓扑态的研究,并逐渐形成了拓扑电路这一概念。拓扑电路主要基于共振电路网络建立的,所需的电子元件简单;并且
应力发光材料是一种在外界机械刺激(如:拉应力、压应力、剪切力以及摩擦力等)作用下将机械能转化为光能的介质,在人工智能皮肤、结构健康诊断和应力传感器等众多领域有潜在的应用前景。本论文基于新型应力发光材料的设计与制备开展研究工作,针对当前生物体内应力分布原位、实时检测对应力发光材料发光波段、荧光强度和应用方法的需求,通过材料设计、机理研究和性能测试等方法,系统地开展了高性能近红外应力发光材料的设计、合
多视图聚类是机器学习的重要技术,旨在分析多个视图的数据特征对观测数据进行分组。由于基于张量的聚类分析有利于提取视图间的高阶相关统计,目前的多视图聚类研究重心从基于矩阵的子空间学习转移到基于张量的子空间学习。最近的研究表明,用三阶张量来表征多视图数据,并学习其低秩或稀疏的自表示张量实现多视图聚类是有效的,但是这些方法还存在一些不足。现有的算法,极大的依赖于本质的张量自表示学习,但没有考虑求本质张量的
"叮咚、叮咚……"一阵急促的门铃声传来,我急忙拿起听筒。"嘿,女儿,快下来看看妈妈买了什么?"我飞奔下楼,眼前一亮,这不是我梦寐以求的折叠自行车吗?我围着自行车转了又转,迫不及待地骑了上去,在楼下的小操场上绕了几圈。"妈,为什么要买两辆呢?""从今天开始,我们家就要实行‘低碳’生活了!以后去路途不远的地方,我和你爸就骑自行车带着你,不仅节能,减少汽车尾气排放造成的空气污染,还能锻炼身体,一举三得,
期刊
为保障某型涡扇航空发动机初始飞行前电源失效试验顺利开展,根据试验对发动机控制系统电源供电转换的要求,使用测量与控制集成的方式,通过硬件控制电路和LabVIEW软件设计,开展了该试验测控装置研制。实现了发动机稳定状态、加速性和减速性过程控制系统供电转换的控制,还实现了测量参数的同步采集。经试验验证,该装置满足试验对电源转换控制、测量参数采集的要求,解决了以往该类试验存在的问题,提高了试验效率,可推广
随着我国社会经济的快速发展和城镇化的进程不断增快,城市交通的繁荣发展也引发了诸如交通安全等众多社会问题,解决城市道路交通安全问题的核心是对交通事故进行科学合理的分析和预测。城市交通系统是由驾驶人、车辆、道路和环境四种因素组成的动态耦合系统,安全行驶过程是指驾驶人在道路及环境的组合影响下,使用安全可控的驾驶行为操纵车辆的过程,一旦车辆、道路和环境组合的外界刺激超过驾驶人心理预期,会导致驾驶人采用不当
细菌胞外电子传递(Extracellular electron transfer,EET)是细菌将细胞内代谢产生的电子传递给胞外电子受体的过程,是自然环境中物质代谢、元素循环、能量转换等过程的重要驱动力。基于微生物EET发展起来的生物电化学技术在污染物降解、环境修复、医疗健康等方面展现出了巨大的应用前景。目前对EET的研究主要以革兰氏阴性菌(如Geobacter和Shewanella)为主,而对革
第五代移动通信技术(5G)的出现和快速发展,引发电子设备,尤其是智能手机、平板电脑等朝着高性能、高集成和微型化的发展浪潮,进而导致其在极端狭小空间下产生超高热流密度。在狭小空间内实现高效散热成为现代先进电子设备研发与应用的重大技术挑战。超薄均热板具有优异的导热性能,较大传热面积和较好的均温性能等优点,是目前业界与学术界关注的焦点。然而,由于极大的蒸汽流动阻力,传统的气液异面超薄均热板设计难以实现极
花青素作为一类广泛存在于高等植物营养器官和生殖器官的水溶性色素,对植物生长发育和人体健康具有重要意义。前期研究表明花青素具有抗氧化、抗肿瘤、抗炎以及抗糖尿病等生物学活性,在预防癌症、心血管疾病、糖尿病等慢性退行性疾病方面具有一定的健康促进作用。黑色鲜食玉米作为一种新型特种鲜食玉米类型,除了具备鲜食玉米的口感好和营养丰富特性外,还含有丰富的花青素资源。然而目前国际对富含花青素的鲜食玉米的研究和推广还
目前,机器在三维(3D)和距离上查看和感知环境的视觉能力是计算机视觉的核心。与二维(2D)视觉信息相比,分析三维视觉信息具有巨大的好处,有望得到更可靠和详细的分析结果。然而,3D计算机视觉的突破以深度估计技术的进步为标志。在3D计算机视觉中,立体视觉是深度估计的一种重要方法,它基于场景的两个视图(立体图像)之间的视觉差异进行操作。为了获得准确的视觉视差线索,需要在场景的两个视图中找到对应点的图像坐