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单层haeckelites结构Ⅲ族金属硫族化合物MX(M=Al,Ga,In;X=S,Se,Te)

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物理学报 2020年第14期69卷 189-195页

作者：刘慧莹王树申林恒福武汉科技大学国际钢铁研究院省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室冶金工业过程系统科学湖北省重点实验室武汉430081

通过详尽的第一性原理计算,提出了一类新型的二维III族金属硫族化合物MX(M=Al,Ga,In;X=S,Se,Te)的同素异形体.这类化合物的结构是由正方形和八边形环构成的.计算得到的结合能和声子谱表明,所有的结构都同时具有能量和动力学稳定性.所有... 详细信息

通过详尽的第一性原理计算,提出了一类新型的二维III族金属硫族化合物MX(M=Al,Ga,In;X=S,Se,Te)的同素异形体.这类化合物的结构是由正方形和八边形环构成的.计算得到的结合能和声子谱表明,所有的结构都同时具有能量和动力学稳定性.所有结构都是间接带隙半导体,其带隙大小随X原子由S到Se到Te的变化而减小.计算结果表明这类材料具有很广的带隙范围,从1.88到3.24 eV,同时它们的能带结构可以通过双轴应变进一步调节.这些结构具有丰富的电子结构性质和可调的带隙,有可能被用于未来纳米电子学领域.

关键词： Ⅲ族金属硫族化合物电子结构第一性原理计算

高温高压下合金碳化物Fe_(3)Mo_(3)C热力学性质的第一性原理计算

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原子与分子物理学报 2023年第3期40卷 102-108页

作者：郑鹏侯廷平林恒福李钰刘伍明吴开明冶金工业过程系统科学湖北省重点实验室武汉430081 湖北省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室武汉430081 武汉科技大学高性能钢铁材料及其应用省部共建协同创新中心武汉430081 中国科学院物理研究所北京100190

基于平面波赝势密度泛函理论的第一性原理与准谐德拜模型结合的方法研究了高温高压下合金碳化物Fe_(3)Mo_(3)C的热力学性质.在压强范围为0~40 GPa和温度范围为0~1200 K的条件下,Fe_(3)Mo_(3)C的体积比V/V_(0)、体弹性模量B和德拜温度θ... 详细信息

基于平面波赝势密度泛函理论的第一性原理与准谐德拜模型结合的方法研究了高温高压下合金碳化物Fe_(3)Mo_(3)C的热力学性质.在压强范围为0~40 GPa和温度范围为0~1200 K的条件下,Fe_(3)Mo_(3)C的体积比V/V_(0)、体弹性模量B和德拜温度θ受压强的影响比温度更大.温度一定时,体弹性模量和德拜温度随压强的增大而迅速增大.Fe_(3)Mo_(3)C的热容C_(v)、熵S以及热膨胀系数α受温度的影响较压强更大.压强一定时,材料的热容、熵以及热膨胀系数均随温度升高单调增大,其中,热容和热膨胀系数随温度先快速上升后趋于平缓,最后热容接近于Dulong-Petit极限.

关键词：第一性原理德拜模型合金碳化物热力学性质

合金碳化物M_(23)C_(6)的磁性及磁致磁性

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钢铁研究学报 2021年第4期33卷 322-329页

作者：游志强侯廷平林恒福吴开明武汉科技大学理学院湖北武汉430081 武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学高性能钢铁材料及其应用省部共建协同创新中心湖北武汉430081

利用第一性原理研究了碳化物M_(23)C_(6)(M=Fe, Cr)的晶胞结构、磁矩和态密度,并结合魏氏分子场理论分析了磁场作用下一些碳化物的磁致磁性。结果显示:Fe_(20)Cr_(3)C_(6)碳化物中的Fe3和Fe4原子连接组成稳定的晶格框架,Cr1、Cr2和C原... 详细信息

利用第一性原理研究了碳化物M_(23)C_(6)(M=Fe, Cr)的晶胞结构、磁矩和态密度,并结合魏氏分子场理论分析了磁场作用下一些碳化物的磁致磁性。结果显示:Fe_(20)Cr_(3)C_(6)碳化物中的Fe3和Fe4原子连接组成稳定的晶格框架,Cr1、Cr2和C原子位于框架中心;Fe_(20)Cr_(3)C_(6)的磁性主要来源于Fe和Cr原子的3 d轨道贡献,并且贡献的方向相反,Fe_(23)C_(6)和Fe_(20)Cr_(3)C_(6)中存在sp和pd轨道杂化;Fe_(20)Cr_(3)C_(6)中具有负磁矩的Cr原子,削弱了紧邻Fe原子以及碳化物整体的磁矩;磁场作用下,碳化物的铁磁态相区扩大,磁矩增大。最终发现,碳化物M_(23)C_(6)在中温相变时依旧保持着较强的磁性,且磁场诱导磁性增加,可以预测,强磁场能够改变碳化物M_(23)C_(6)的析出稳定性。上述工作揭示了强磁场和温度耦合作用下复杂碳化物的结构、磁性及其稳定性影响的内在关联机制。

关键词：第一性原理合金碳化物磁性态密度磁致磁性

合金碳化物M_(7)C_(3)的磁性与电子结构

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钢铁研究学报 2021年第3期33卷 240-245页

作者：王雨侯廷平林恒福杨晓萍吴开明武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学冶金工程过程系统科学湖北省重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学高性能钢铁材料及其应用省部共建协同创新中心湖北武汉430081 极端条件下凝聚态物理安徽省重点实验室安徽合肥230031 中国科学院强磁场中心安徽合肥230031

合金碳化物的析出行为决定了耐热钢在中、高温条件下的服役寿命。利用Diamond软件探索了合金碳化物M_(7)C_(3)(M=Fe,Cr)的晶体结构,并统计了M_(7)C_(3)中原子间的成键情况。同时,利用第一性原理计算其在0 K、0 Pa条件下M_(7)C_(3)中各... 详细信息

合金碳化物的析出行为决定了耐热钢在中、高温条件下的服役寿命。利用Diamond软件探索了合金碳化物M_(7)C_(3)(M=Fe,Cr)的晶体结构,并统计了M_(7)C_(3)中原子间的成键情况。同时,利用第一性原理计算其在0 K、0 Pa条件下M_(7)C_(3)中各原子的磁矩和电子结构。结果表明,M_(7)C_(3)中的Fe、C原子沿着〈001〉方向分层排列,且Fe原子沿着〈001〉方向构成了正方形、三角形、六角环;Fe—C键的键长越长,对应Fe原子的磁矩越大;态密度分布显示M_(7)C_(3)的磁矩贡献主要来自于Fe原子的d轨道,Fe原子d轨道与C原子的p轨道发生了杂化,形成了共价键、离子键,且M_(7)C_(3)具有金属性。Cr原子的自旋极化度小于Fe原子,所以Cr原子的加入使得M_(7)C_(3)的磁性减小。此研究有助于拓展碳化物的应用与控制技术,为碳化物的析出强化机制提供了理论基础。

关键词：钢合金碳化物第一性原理磁矩电子结构

Interaction and spin–orbit effects on a kagome lattice at 1/3 filling

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Chinese Physics B 2014年第7期23卷 622-626页

作者：刘海迪陈耀桦林恒福陶红帅武建华 Institute of Physics Chinese Academy of Sciences

We investigate the competing effects of spin-orbit coupling and electron--electron interaction on a kagome lattice at 1/3 filling. We apply the cellular dynamical mean-field theory and its real-space extension combined with the continuous time quantum Monte Carlo method, and obtain a phase diagram including the effects of the interaction and the spin-orbit coupling at T = 0. 1t, where T is the temperature and t is the hopping energy. We find that without the spin-orbit coupling, the system is in a semi-metal phase stable against the electron--electron interaction. The presence of the spin-orbit coupling can induce a topological non-trivial gap and drive the system to a topological insulator, and as the interaction increases, a larger spin--orbit coupling is required to reach the topological insulating phase.

关键词： kagome lattice spin-orbit coupling Hubbard interaction

Antiferromagnetism and Kondo screening on a honeycomb lattice

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Chinese Physics B 2015年第5期24卷 489-497页

作者：林恒福陶红帅郭文祥刘伍明 Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics Institute of Physics Chinese Academy of Sciences

Magnetic adatoms in the honeycomb lattice have received tremendous attention due to the interplay between Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida interaction and Kondo coupling leading to very rich physics. Here we study the competition between the antiferromagnetism and Kondo screening of local moments by the conduction electrons on the honeycomb lattice using the determinant quantum Monte Carlo method. While changing the interband hybridization V, we systemat- ically investigate the antiferromagnetic-order state and the Kondo singlet state transition, which is characterized by the behavior of the local moment, antiferromagnetic structure factor, and the short range spin-spin correlation. The evolution of the single particle spectrum are also calculated as a function of hybridization V, we find that the system presents a small gap in the antiferromagnetic-order region and a large gap in the Kondo singlet region in the Fermi level. We also find that the localized and itinerant electrons coupling leads to the midgap states in the conduction band in the Fermi level at very small V. Moreover, the formation of antiferromagnetic order and Kondo singlet are studied as on-site interaction U or temperature T increasing, we have derived the phase diagrams at on-site interaction U （or temperature T） and hybridization V plane.

关键词： periodic Anderson model antiferromagnetism Kondo screening

Quantum phase transitions in two-dimensional strongly correlated fermion systems

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Frontiers of physics 2015年第5期10卷 7-26页

作者：保安陈耀华林恒福刘海迪章晓中 Laboratory of Advanced Materials School of Materials Science and Engineering Tsinghua University Beijing 100084 China Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics Institute of Physics Chinese Academy of Sciences Beijing 100190 China Key Laboratory of Integrated Exploitation of Bayan-Obo Multi-Metal Resources Inner Mongolia University of Science&Technology Baotou 014010 China

In this article, we review our recent work on quantum phase transition in two-dimensional strongly correlated fermion systems. We discuss the metal insulator transition properties of these systems by calculating the density of states, double occupancy, and Fermi surface evolution using a com- bination of the cellular dynamical mean-field theory （CDMFT） and the continuous-time quantum Monte Carlo algorithm. Furthermore, we explore the magnetic properties of each state by defining magnetic order parameters. Rich phase diagrams with many intriguing quantum states, including antiferromagnetic metal, paramagnetic metal, Kondo metal, and ferromagnetic insulator, were found for the two-dimensional lattices with strongly correlated fermions. We believe that our results would lead to a better understanding of the properties of real materials.

关键词： quantum phase transition two-dimensional lattices fermions cellular dynamicalmean-field theory continuous-time quantum Monte Carlo

合金碳化物（Fe,Mo）3C的磁性及磁致热力学性质

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武汉科技大学学报 2019年第5期42卷 334-338页

作者：熊雨雷侯廷平李自华林恒福李钰吴开明武汉科技大学冶金工程过程系统科学湖北省重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学理学院湖北武汉430065 武汉科技大学国际钢铁研究院湖北武汉430081

利用基于第一性原理的VASP软件计算钢中合金碳化物(Fe,Mo)3C在0 K、0 Pa的磁矩和形成能,利用热力学平衡软件MTDATA计算合金碳化物(Fe,Mo)3C的化学自由能改变量,利用Weiss分子场理论计算合金碳化物在12 T强磁场下的磁自由能改变量。结果... 详细信息

利用基于第一性原理的VASP软件计算钢中合金碳化物(Fe,Mo)3C在0 K、0 Pa的磁矩和形成能,利用热力学平衡软件MTDATA计算合金碳化物(Fe,Mo)3C的化学自由能改变量,利用Weiss分子场理论计算合金碳化物在12 T强磁场下的磁自由能改变量。结果表明,合金碳化物(Fe,Mo)3C的磁矩主要来源于不同Wyckoff位置的Fe原子,8d位置的Fe原子对磁矩的影响比4c位置的Fe原子更大,而Mo原子会使合金碳化物的磁矩降低;合金碳化物Fe 2MoC、Mo 3C的形成能为负,表明这两种合金碳化物比Fe 3C和FeMo 2C更稳定;另外,Mo原子会降低合金碳化物(Fe,Mo)3C化学自由能改变量,增大其磁自由能改变量。

关键词：耐热钢 Mo 合金碳化物磁性磁矩热力学性质

基于特殊准随机结构模型的顺磁性奥氏体相的第一性原理研究

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武汉科技大学学报 2021年第5期44卷 335-339页

作者：胡宇豪魏然侯廷平林恒福王红鸿吴开明武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学高性能钢铁材料及其应用省部共建协同创新中心湖北武汉430081 武汉科技大学理学院湖北武汉430065

利用特殊准随机结构(special quasi-random structure,SQS)模拟顺磁性奥氏体相,基于密度泛函理论的第一性原理,使用VASP软件计算了无磁性和顺磁性fcc Fe结构的磁矩、平衡晶格常数及空位形成能,并与前人的实验值和模拟计算值进行对比。... 详细信息

利用特殊准随机结构(special quasi-random structure,SQS)模拟顺磁性奥氏体相,基于密度泛函理论的第一性原理,使用VASP软件计算了无磁性和顺磁性fcc Fe结构的磁矩、平衡晶格常数及空位形成能,并与前人的实验值和模拟计算值进行对比。结果显示,相较于传统的无磁性模拟方法而言,利用SQS模型模拟顺磁性奥氏体相不仅能体现出单个铁原子的磁性特点,并且计算得到的空位形成能和晶格常数与实验值有着更好的一致性,由此可见,利用SQS模型构建顺磁性奥氏体相是可行的。

关键词：奥氏体顺磁性特殊准随机结构第一性原理晶格常数空位形成能