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非化学计量比的Hf(Zr)_(1+x)O_(2)稳定性和铁电性的起源

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Science China Materials 2024年第4期67卷 1282-1287页

作者：陶蕾张艳芳杜世萱 School of Physical Sciences University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China Institute of Physics Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China Songshan Lake Materials Laboratory Dongguan 523808China

铪基氧化物(Hf(Zr)O_(2))因其优异的铁电性质而成为计算机存储等应用中备受青睐的材料.然而,化学计量比的铪基氧化物基态是非铁电的单斜相.在密度泛函理论计算中,我们发现插入铪或锆原子将随着插入浓度的增加,将Hf(Zr)O_(2)的基态从单... 详细信息

铪基氧化物(Hf(Zr)O_(2))因其优异的铁电性质而成为计算机存储等应用中备受青睐的材料.然而,化学计量比的铪基氧化物基态是非铁电的单斜相.在密度泛函理论计算中,我们发现插入铪或锆原子将随着插入浓度的增加,将Hf(Zr)O_(2)的基态从单斜相转变为三方相.声子色散和态密度投影揭示了插入的Hf(Zr)原子消除了已有的非等效Hf(Zr)原子之间的竞争,从而稳定了r相.此外,Hf/Zr插层原子的有序分布进一步降低了形成能和铁电转换势垒,导致高耐久性和超低的矫顽场.能带结构显示,Hf/Zr插层原子引起的局域平带对漏电流的贡献最小.最后,我们证明了ZrO_(2)对于形成非化学计量比的Hf(Zr)_(1+x)O_(2)至关重要.

关键词：非化学计量比计算机存储密度泛函理论计算高耐久性铁电性质有序分布

苯甲醛及其衍生物对铈离子存在下丙烯酰胺聚合的影响

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高分子学报 1993年第3期3卷 380-384页

作者：丘坤元狄秀艳杜世萱北京大学化学系北京邮政编码100871

虽然Santappa等早已报道Ce^(4+)(高氯酸铈)/甲醛体系能引发丙烯腈(AN)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)的聚合,但对醛的活性以及参与引发单体聚合的自由基都未有详细报道,近来孙燕慧等发现脂肪醛能显著促进Ce^(4+)(硝酸铈铵CAN)引发丙烯酰胺(AAM)... 详细信息

虽然Santappa等早已报道Ce^(4+)(高氯酸铈)/甲醛体系能引发丙烯腈(AN)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)的聚合,但对醛的活性以及参与引发单体聚合的自由基都未有详细报道,近来孙燕慧等发现脂肪醛能显著促进Ce^(4+)(硝酸铈铵CAN)引发丙烯酰胺(AAM)的聚合,而且醛的活性远大于相应的醇。至于芳香醛对于Ce^(4+)引发烯类单体的聚合的影响也未见详细报道。本文扼要报道苯甲醛(BA)及其衍生物对-硝基苯甲醛(PNBA)、间-硝基苯甲醛(MNBA)、间-溴苯甲醛(MBBA)、对-氯苯甲醛(PCBA)对Ce^(4+)(CAN)存在下丙烯酰胺聚合的影响,测定了其聚合速率,以UV吸收光谱。

关键词：苯甲醛钟离子丙烯酰胺聚合

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原子尺度构建二维材料的第一性原理计算研究

物理学报 2021年第2期70卷 135-148页

作者：刘子媛潘金波张余洋杜世萱中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 中国科学院大学北京100049 中国科学院拓扑量子计算卓越创新中心北京100190 松山湖材料实验室东莞523808

随着信息技术的不断进步,核心元器件朝着运行速度更快、能耗更低、尺寸更小的方向快速发展.尺寸不断减小导致的量子尺寸效应使得材料和器件呈现出许多与传统三维体系不同的新奇物性.从原子结构出发,预测低维材料物性、精准合成、表征、... 详细信息

随着信息技术的不断进步,核心元器件朝着运行速度更快、能耗更低、尺寸更小的方向快速发展.尺寸不断减小导致的量子尺寸效应使得材料和器件呈现出许多与传统三维体系不同的新奇物性.从原子结构出发,预测低维材料物性、精准合成、表征、调控并制造性能良好的电子器件,对未来电子器件的发展及相关应用具有至关重要的意义.理论计算能在保持原子级准确度的情况下高效、低耗地预测材料结构、物性、界面效应等,是原子制造技术中不可或缺的重要研究手段.本综述从第一性原理计算角度出发,回顾了近年来其在二维材料结构探索、物性研究和异质结构造等方面的应用及取得的重要进展,并展望了在原子尺度制造背景下二维材料的发展前景.

关键词：原子制造二维材料第一性原理计算

几种范德瓦耳斯铁电材料中新奇物性的研究进展

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物理学报 2022年第12期71卷 259-271页

作者：金鑫陶蕾张余洋潘金波杜世萱中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 中国科学院大学北京100049 松山湖材料实验室东莞523808 中国科学院大学中国科学院拓扑量子计算卓越创新中心北京100190

铁电材料因具有电场可调的自发极化,在各类功能器件中有着广泛的应用.受器件小型化发展趋势的影响,二维范德瓦耳斯铁电材料及其层状母体块材成为了铁电领域的重点研究对象之一.近年来,研究人员已经制备出了数种二维范德瓦耳斯铁电材料,... 详细信息

铁电材料因具有电场可调的自发极化,在各类功能器件中有着广泛的应用.受器件小型化发展趋势的影响,二维范德瓦耳斯铁电材料及其层状母体块材成为了铁电领域的重点研究对象之一.近年来,研究人员已经制备出了数种二维范德瓦耳斯铁电材料,并通过理论计算与实验结合的方法发现这些材料及其母体块材具有许多优良的、新奇的物理性质.本文主要介绍近年来几种范德瓦耳斯铁电材料的一些研究进展,包括体相范德瓦耳斯材料CuInP_(2)S_(6)的新奇物性的理论预测与实验证实,以及两类二维范德瓦耳斯铁电材料M_(2)X_(2)Y_(6)(M=金属,X=Si,Ge,Sn,Y=S,Se,Te),QL-M_(2)O_(3)(M=Al,Y)及相关功能器件的理论设计,最后对范德瓦耳斯铁电材料蕴含的丰富物理内涵及其发展前景进行了简要探讨,希望能够为该领域的相关研究提供一些思路和参考.

关键词：范德瓦耳斯层状材料铁电材料第一性原理计算

功能分子结构的组装和单分子物性:基于密度泛函理论的第一性原理计算与扫描隧道显微学(I)

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物理学进展 2008年第2期28卷 158-190页

作者：杜世萱高鸿钧北京凝聚态物理国家实验室中科院物理研究所北京100190

在单个分子的层次上研究低维分子纳米结构的生长,理解组装机制并实现结构与特性的有效控制,是低维体系物理及其器件研究的重要内容。本文在基于密度泛函的第一性原理计算的基础上,对功能分子在金属表面上的自组装特性等进行了综述。对... 详细信息

在单个分子的层次上研究低维分子纳米结构的生长,理解组装机制并实现结构与特性的有效控制,是低维体系物理及其器件研究的重要内容。本文在基于密度泛函的第一性原理计算的基础上,对功能分子在金属表面上的自组装特性等进行了综述。对理论方法作了简要介绍后,综述了第一性原理计算方法在研究金属基底上分子自组装结构、界面特性、结构控制、单分子成像机制、单分子量子调控以及单分子输运性能等方面的应用。最后对基于密度泛函的第一性原理计算在解释功能分子组装与界面物理化学特性方面的发展前景进行了展望。

关键词：密度泛函理论第一性原理自组装电子结构单分子成像

并五苯分子在Ag(110)表面成膜过程中的结构研究

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物理学报 2004年第3期53卷 877-882页

作者：王业亮时东霞季威杜世萱郭海明刘虹雯高鸿钧中国科学院物理研究所北京100080

采用低能电子衍射原位研究了并五苯分子 (C2 2 H1 4)在Ag(110 )单晶表面的生长 ,观察了在初期沉积过程及随后基底变温过程中分子层结构的形成和变化 .室温下并五苯分子在Ag(110 )基底表面具有高的迁移性 ,从开始无序的亚单层膜结构逐渐... 详细信息

采用低能电子衍射原位研究了并五苯分子 (C2 2 H1 4)在Ag(110 )单晶表面的生长 ,观察了在初期沉积过程及随后基底变温过程中分子层结构的形成和变化 .室温下并五苯分子在Ag(110 )基底表面具有高的迁移性 ,从开始无序的亚单层膜结构逐渐形成有序的单层膜结构 .实验和理论分析表明 :并五苯分子平铺在Ag(110 )表面 ,形成了与基底构成有关的有序结构 ,存在沿基底晶向成镜面对称的两种畴界取向 ,在基底温度从室温升高到接近并五苯升华温度的过程中。

关键词：并五苯低能电子衍射图案分子层结构银表面成膜薄膜生长晶体结构

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硅烯和锗烯的生长及其机制研究

物理 2018年第3期47卷 173-176页

作者：黄立杜世萱高鸿钧中国科学院物理研究所纳米物理与器件实验室北京100190 中国科学院大学物理科学学院北京100049

硅烯和锗烯分别是由硅原子和锗原子组成的具有类似石墨烯结构的二维材料。与组成石墨烯的sp^2杂化的碳原子不同，硅原子和锗原子在能量上更倾向于sp^3杂化，这是一种三维的共价键构型，所以在自然界中不存在类似石墨那样的层状结构的块... 详细信息

硅烯和锗烯分别是由硅原子和锗原子组成的具有类似石墨烯结构的二维材料。与组成石墨烯的sp^2杂化的碳原子不同，硅原子和锗原子在能量上更倾向于sp^3杂化，这是一种三维的共价键构型，所以在自然界中不存在类似石墨那样的层状结构的块体硅和锗，因此也不可能像剥离石墨烯那样从块体中得到硅烯和锗烯单层。

关键词：锗烯硅烯 sp^2杂化机制生长层状结构硅原子二维材料

C_(120)O_2, C_(120)OS和C_(120)S_2的电子结构及红外光谱

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科学通报 2000年第23期45卷 2486-2492页

作者：杜世萱黄元河李玉学刘若庄北京师范大学化学系北京100875

采用PM3半经验分子轨道法, 在几何构型全优化的基础上考察了C_(120)XY (X, Y = O, S)分子和部分离子的稳定性、电子结构和红外光谱. 计算结果表明, 除了C_(120)O_2-和三重态C_(120)O_2-2-离子外, 在五元环中平均引入一个双键, 体系能... 详细信息

采用PM3半经验分子轨道法, 在几何构型全优化的基础上考察了C_(120)XY (X, Y = O, S)分子和部分离子的稳定性、电子结构和红外光谱. 计算结果表明, 除了C_(120)O_2-和三重态C_(120)O_2-2-离子外, 在五元环中平均引入一个双键, 体系能量增加约30～42 kJ/mol. 计算还发现, 中性分子和其相应离子几何构型相差不大, 如键长变化小于0.001 nm. 还有, 从氧化物到硫化物前线轨道能级变化很小. C_(120)O_2-2-和C_(120)OS-2的两种异构体的三重态离子均比其单重态离子更为稳定, 这意味着两种离子遵从Hund规则. 振动分析的结果表明C_(120)O_2和C_(120)OS分子的红外图谱与实验结果相符, 三重态C_(120)O_2-2离子的谱图与中性分子的相比较, 吸收峰位置变化很小, 但是振动强度明显增加.

关键词：含氧硫C60二聚体半经验分子轨道法电子结构红外光谱

Y_(3)-/X_(3)Y_(4)-THB金属有机网络中本征二维拓扑绝缘体的预测

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Science China Materials 2024年第4期67卷 1202-1208页

作者：殷翼扬高艺璇张礼智张余洋杜世萱 University of Chinese Academy of Sciences and Institute of Physics Chinese Academy of SciencesBeijing 100191China National Center for Nanoscience and Technology Beijing 100191China

本工作利用基于密度泛函理论的高通量计算方法,研究了由金属团簇和四羟基苯(THB)分子形成的232个具有Kagome晶格的有机金属网格.在由THB分子和过渡金属原子三聚体(称为Y_(3)-THB)组成的有机金属网格中,有7种网格结构是本征有机拓扑绝缘... 详细信息

本工作利用基于密度泛函理论的高通量计算方法,研究了由金属团簇和四羟基苯(THB)分子形成的232个具有Kagome晶格的有机金属网格.在由THB分子和过渡金属原子三聚体(称为Y_(3)-THB)组成的有机金属网格中,有7种网格结构是本征有机拓扑绝缘体.进一步引入过渡金属原子(Tl,Pb,Bi)后得到的X_(3)Y_(4)-THB结构中,发现了9个具有较大自旋轨道耦合能隙的本征有机拓扑绝缘体.在这些本征拓扑绝缘体中,α相Pb_(3)Zn_(4)-THB结构是具有拓扑平带的拓扑绝缘体,其非平庸自旋轨道耦合能隙(97.5 meV)几乎是其平带带宽(22.5 meV)的4倍,是实现分数量子霍尔效应的理想平台.该工作为设计具有大能隙的二维有机拓扑绝缘体提供了新的途径.

关键词：过渡金属原子拓扑绝缘体自旋轨道耦合金属网格网格结构金属团簇密度泛函理论羟基苯