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Prediction of protected band edge states and dielectric tunable quasiparticle and excitonic properties of monolayer MoSi_(2)N_(4)

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npj Computational Materials 2022年第1期8卷 1216-1222页

作者： Yabei Wu Zhao Tang Weiyi Xia Weiwei Gao fanhao jia Yubo Zhang Wenguang Zhu Wenqing Zhang Peihong Zhang Department of Materials Science and Engineering and Shenzhen Institute for Quantum Science&engineering Southern University of Science and TechnologyShenzhenGuangdong518055China Guangdong Provincial Key Lab for Computational Science and Materials Design and Shenzhen Municipal Key Lab for Advanced Quantum Materials and DevicesSouthern University of Science and TechnologyShenzhenGuangdong518055China ICQD Hefei National Laboratory for Physical Science at the MicroscaleKey Laboratory of Strongly-Coupled Quantum Matter PhysicsChinese Academy of SciencesDepartment of Physicsand Synergetic Innovation Center of Quantum Information and Quantum PhysicsUniversity of Science and Technology of ChinaHefeiAnhui230026China Department of Physics University at BuffaloState University of New YorkBuffaloNY14260USA Department of Physics Dalian University of TechnologyDalianLiaoning116024China International Centre for Quantum and Molecular Structures Materials Genome InstituteDepartment of PhysicsShanghai University99 Shangda RoadShanghai200444China

The electronic structure of two-dimensional(2D)materials are inherently prone to environmental perturbations,which may pose significant challenges to their applications in electronic or optoelectronic devices.A 2D material couples with its environment through two mechanisms:local chemical coupling and nonlocal dielectric screening *** local chemical coupling is often difficult to predict or control *** dielectric screening,on the other hand,can be tuned by choosing the substrates or layer thickness in a controllable ***,a compelling 2D electronic material should offer band edge states that are robust against local chemical coupling *** it is demonstrated that the recently synthesized MoSi_(2)N_(4)is an ideal 2D semiconductor with robust band edge states protected from capricious environmental chemical coupling *** many-body perturbation theory calculations are carried out to illustrate how the band edge states of MoSi_(2)N_(4)are shielded from the direct chemical coupling effects,but its quasiparticle and excitonic properties can be modulated through the nonlocal dielectric screening *** unique property,together with the moderate band gap and the thermodynamic and mechanical stability of this material,paves the way for a range of applications of MoSi_(2)N_(4)in areas including energy,2D electronics,and optoelectronics.

关键词： dielectric protected quasi

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稀土六硼化物的研究进展

中国材料进展 2020年第2期39卷 124-132页

作者：许少文贾帆豪乔磊任伟上海大学量子与分子结构国际研究中心上海200444 上海大学物理系上海200444

作为著名的阴极材料,稀土六硼化物(RB6)在实验和理论上已经被研究了几十年。在RB6中,金属原子被嵌入通过B-B共价键相互连接的硼笼网络。这种独特的笼状结构、稀土元素特殊的4f轨道和硼元素的缺电子特性,使该材料表现出很多优异的性质:... 详细信息

作为著名的阴极材料,稀土六硼化物(RB6)在实验和理论上已经被研究了几十年。在RB6中,金属原子被嵌入通过B-B共价键相互连接的硼笼网络。这种独特的笼状结构、稀土元素特殊的4f轨道和硼元素的缺电子特性,使该材料表现出很多优异的性质:功函数低、电导率高、发射电流密度大、硬度大、杨氏模量高、熔点高、化学稳定性高、抗热辐射性强等。RB6材料用途广泛,已成功应用于雷达、航空航天、消费电子、仪表器械、核电等多个领域。从若干RB6的结构和性质出发,综述了其实验制备方法和密度泛函理论(DFT)研究的进展,总结了其在多个领域的应用进展,最后给出研究展望。

关键词：阴极材料稀土六硼化物实验制备密度泛函理论

基于机器学习的BiFeO_(3)-PbTiO_(3)-BaTiO_(3)固溶体居里温度预测

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无机材料学报 2022年第12期37卷 1321-1328页

作者：焦志翔贾帆豪王永晨陈建国任伟程晋荣上海大学材料科学与工程学院上海200444 上海大学物理系量子与分子结构国际中心上海200444

钙钛矿(ABO_(3))型压电陶瓷的发展已有几十年历史,现存有大量数据,从这些数据中寻找出材料结构与性能之间的关系很有意义。本工作收集了BiFeO_(3)-PbTiO_(3)-BaTiO_(3)钙钛矿型压电陶瓷居里温度(Tc)实验数据,通过机器学习,构建钙钛矿型... 详细信息

钙钛矿(ABO_(3))型压电陶瓷的发展已有几十年历史,现存有大量数据,从这些数据中寻找出材料结构与性能之间的关系很有意义。本工作收集了BiFeO_(3)-PbTiO_(3)-BaTiO_(3)钙钛矿型压电陶瓷居里温度(Tc)实验数据,通过机器学习,构建钙钛矿型压电陶瓷Tc的预测模型。热力学角度,Tc与约合质量符合二次多项式关系,但偏差较大。选择元素信息、物理量、空间群编号等基础描述符,利用基于压缩感知原理的SISSO(Sure Independence Screening and Sparsifying Operator)方法进行机器学习,找出了Tc与成分之间的相关性。比较不同描述符在不同维度上的均方根误差RMSE(Root Mean Square Error),发现描述符越多、越基础,维数越大、RMSE越小。同时比较相同个数描述符在同一维度下的RMSE,用约合质量、A位和B位的离子半径比、A位和B位的未填充电子数比和Ba、Pb、Bi的元素含量等六个描述符构建出最优的四维模型,其RMSE为0.59℃,最大绝对误差(MaxAE)为1.38,℃外部测试的平均相对误差MRE(Mean Relative Error)为1.00%。结果表明,利用SISSO可以进行有限样本钙钛矿型压电陶瓷Tc的机器学习预测。

关键词：钙钛矿型压电陶瓷机器学习居里温度 SISSO

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二维少层钙钛矿物性的研究进展

山西大学学报(自然科学版) 2022年第3期45卷 723-733页

作者：任伟许少文程晋荣贾帆豪上海大学物理系上海大学量子与分子结构国际中心上海大学材料科学与工程学院

随着近年实验技术的进展，一系列稳定的自支撑少层钙钛矿体系(包括氧化物钙钛矿和有机无机杂化钙钛矿)被成功制备，为设计二维多功能材料提供了巨大的机遇。文章将简略地回顾水溶性牺牲层外延和远程外延两种原子层级精确的生长技术，然... 详细信息

随着近年实验技术的进展，一系列稳定的自支撑少层钙钛矿体系(包括氧化物钙钛矿和有机无机杂化钙钛矿)被成功制备，为设计二维多功能材料提供了巨大的机遇。文章将简略地回顾水溶性牺牲层外延和远程外延两种原子层级精确的生长技术，然后从第一性原理计算角度，聚焦其电子结构和几何结构性质，论述钙钛矿在二维少层情况下所表现出的一系列新奇特征和丰富物性。最后总结这些凝聚态物质表现出的复杂性和存在的普遍性，展望其在量子输运、光电和介电等领域的潜在应用。

关键词：少层氧化物钙钛矿少层有机无机杂化钙钛矿晶格结构性质电子结构性质

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钛酸盐ATiO3钙钛矿的铁电和反铁畸变

低温物理学报 2019年第2期41卷 88-96页

作者：贾帆豪陈姝郝锐杰许少文任伟上海大学量子与分子结构国际中心上海大学物理系

钛酸盐钙钛矿氧化物体系的研究对理解具有铁电极化的功能材料具有非常重要的科学意义.本文对ATiO3(A=Ca,Sr,Ba,Pb,Cd)体系的低温相、结构相变、及其对应的位移模式进行综述.我们着重比较了该体系存在的两类不稳定声子模式,即铁电极化模... 详细信息

钛酸盐钙钛矿氧化物体系的研究对理解具有铁电极化的功能材料具有非常重要的科学意义.本文对ATiO3(A=Ca,Sr,Ba,Pb,Cd)体系的低温相、结构相变、及其对应的位移模式进行综述.我们着重比较了该体系存在的两类不稳定声子模式,即铁电极化模式(Ferroelectric,FE)和反铁畸变模式(Antiferrodistortive,AFD),在不同体系中所起到的作用.我们举例阐述了晶格失配应变、人工构造超晶格和化学掺杂等方法对这两种模式的调控思路.最后我们给出本文的总结讨论及研究展望.

关键词： ATiO3钙钛矿铁电模反铁畸变

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旋转矢量法描述简谐波

物理通报 2013年第12期42卷 38-40页

作者：麻志洪陈亚琳贾帆豪浙江师范大学数理与信息工程学院

采用旋转矢量法将简谐波的时间性与空间性,各质点的能量、相位、位移、速度以及加速度均反映到矢量图中,并利用该方法探究同方向、同频率波的合成问题,直观地反映合成波的相关性质.

关键词：简谐波旋转矢量法合成波能量比

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变压器油纸绝缘频域介电响应非线性特性研究

中国电机工程学报 2023年第2期43卷 831-842页

作者：张明泽孟繁昊刘骥刘贺千贾海峰李璐工程电介质及其应用教育部重点实验室(哈尔滨理工大学) 黑龙江省哈尔滨市150080 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院黑龙江省哈尔滨市150030

频域介电响应(frequency domain dielectric response,FDS)技术作为变压器油纸绝缘无损评估的重要手段,而油纸绝缘介电性能非线性变化将影响评估的准确性,因此需要开展油纸绝缘FDS非线性变化规律的研究。该文在实验室条件下制备了多组... 详细信息

频域介电响应(frequency domain dielectric response,FDS)技术作为变压器油纸绝缘无损评估的重要手段,而油纸绝缘介电性能非线性变化将影响评估的准确性,因此需要开展油纸绝缘FDS非线性变化规律的研究。该文在实验室条件下制备了多组不同老化程度、不同含水率的油纸绝缘试样,开展不同温度下油纸绝缘非线性FDS测试。研究发现,测试温度较低、油纸绝缘水分含量较小时,油纸绝缘低频介电响应与电压呈负相关,且随着测试温度的升高,非线性变化区域向高频且损耗因数增大的方向移动,FDS变化规律与测试激励幅值的关系减弱;当测试温度较高、油纸绝缘水分含量较大时,油纸绝缘低频介电响应出现与电压呈正相关的非线性变化规律;同时,根据频温平移计算发现,油纸绝缘的弛豫活化能与交流电导活化能均与其内部水分含量存在线性变化关系,而测试激励幅值对交流电导活化能的影响更为显著。为了消除测试温度对交流电导率的影响,该文建立电导率修正函数,实现了高温、高含水率下油纸绝缘低频交流电导率曲线的平移修正;最后,结合所构建的水分基团迁移率计算模型,定量计算水分含量对老化油纸绝缘频域介电响应非线性变化的影响,其规律与实验结果一致。

关键词：油纸绝缘频域介电响应非线性电导率

交直流复合电场–温度场下油纸绝缘内水分暂态分布规律研究

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中国电机工程学报 2023年第8期43卷 3260-3272页

作者：刘骥杨航张明泽刘贺千孟繁昊周玟贾海峰工程电介质及其应用教育部重点实验室(哈尔滨理工大学) 黑龙江省哈尔滨市150080 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院黑龙江省哈尔滨市150030

换流变压器的稳定运行是维护电网安全的重要保证,其主绝缘承受交直流复合电场-温度场的联合作用,内部水分暂态分布规律与传统模型不同。因此,该文构建复合电场-温度场下的单、双侧水分暂态扩散模型,修正油纸界面处水分的平衡条件,并进... 详细信息

换流变压器的稳定运行是维护电网安全的重要保证,其主绝缘承受交直流复合电场-温度场的联合作用,内部水分暂态分布规律与传统模型不同。因此,该文构建复合电场-温度场下的单、双侧水分暂态扩散模型,修正油纸界面处水分的平衡条件,并进行相关的仿真与试验验证。首先,根据仿真结果可知,油浸纸板的厚度、活化能均会对油浸纸板内部水分暂态分布情况产生影响。在复合电场-温度场作用下,纸板内部水分扩散方向与电场方向有关,纸板微元内电阻率的分布直接影响水分的迁移速率;油浸纸板内部水分的迁移速率较仅受温度场作用时更快,且在油纸界面水分平衡时,纸板内部稳态含水率更高。同时,该文根据频域介电响应曲线的“二次平衡”规律发现,随着测试温度的升高,油纸绝缘模型内水分达到第一次稳态平衡时,油浸纸板内水分变化量逐渐增大,测试温度越高,水分变化量越明显;在相同大小的电场应力作用下,高温将对油纸绝缘模型内水分的第二次稳态平衡起到一定的促进作用。

关键词：换流变压器油纸绝缘水分暂态分布复合电场

悬索式跨越架用纤维绳动力学参数试验及理论研究

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噪声与振动控制 2020年第3期40卷 64-67,249页

作者：夏拥军马勇张荣旺孟凡豪贾宁中国电力科学研究院有限公司输变电工程研究所北京100055

针对悬索式跨越架用纤维绳缺乏动力学参数,无法开展相关仿真分析等问题,以跨度110 m的纤维绳索为研究对象,搭建动力学特性试验平台,开展纤维绳索在冲击载荷为0.5吨、0.75吨和1吨的动力学试验,研究纤维绳的动力学特性,并结合建立的柔性... 详细信息

针对悬索式跨越架用纤维绳缺乏动力学参数,无法开展相关仿真分析等问题,以跨度110 m的纤维绳索为研究对象,搭建动力学特性试验平台,开展纤维绳索在冲击载荷为0.5吨、0.75吨和1吨的动力学试验,研究纤维绳的动力学特性,并结合建立的柔性纤维绳索动力学控制方程,分析纤维绳索的刚度及阻尼大小。试验获取的纤维绳张力随载荷作用时间逐渐减弱,属于低阻尼体系;纤维绳张力随冲击载荷的增大而增大,载荷放大系数随冲击载荷的增大略微减小,但平均水平为13.0;纤维绳索前几个周期的峰值张力、振动周期与载荷冲击位置无关。理论分析得到纤维绳刚度为360 N/m,张力衰减系数为0.2 s-1,振动周期约为2.0 s,理论值与试验结果基本吻合。研究首次获得的悬索式跨越架用纤维绳动力学参数为后续的仿真分析与工程应用提供了有力支撑。

关键词：振动与波非线性动力学纤维绳结构刚度阻尼