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基于密度泛函理论的NiAs型MnTe第一原理计算张思;封文江;朱影;尹小荷;郭帅帅;何江海;徐雅辉;孟萍萍【摘要】运用MaterialsStudi0 6.0程序CASTEP软件包建立NiAs型MnTe单胞和1×1×10的超胞模型,采用GGA-PBE-TS近似,得出能带结构和态密度曲线.NiAs型MnTe为间接能隙窄带半导体,带隙为0.843 eV; MnTe单胞的下价带在-12.5～-10.5 eV,是一条二重简并带.在-6～-3.5 eV和0.8～2.6eV主要由Mn 原子的d态电子贡献,该Mn原子的d电子的有效质量较大,导致强的电子局域性;MnTe1×1×10超胞的带隙为0.623 eV,下价带位于-13～-11 eV,对比单胞略微下移;在上价带和导带区域,MnTe超胞d态电子的能带和态密度都比MnTe单胞的变化平稳,整体形成较宽的赝能隙,说明Mn离子的共价性较强.【期刊名称】《沈阳师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(032)001【总页数】5页(P32-36)【关键词】NiAs型MnTe;能带结构;态密度【作者】张思;封文江;朱影;尹小荷;郭帅帅;何江海;徐雅辉;孟萍萍【作者单位】沈阳师范大学物理科学与技术学院,沈阳110034;沈阳师范大学物理科学与技术学院,沈阳110034;沈阳师范大学物理科学与技术学院,沈阳110034;沈阳师范大学物理科学与技术学院,沈阳110034;沈阳师范大学物理科学与技术学院,沈阳110034;沈阳师范大学物理科学与技术学院,沈阳110034;沈阳师范大学物理科学与技术学院,沈阳110034;沈阳师范大学物理科学与技术学院,沈阳110034【正文语种】中文【中图分类】O4690 引言磁性半导体(magnetic semiconductor)是一种同时体现铁磁性和半导体特性的半导体材料。
如果在设备里使用磁性半导体,它们将提供一种新型的导电方式。
密度泛函理论在化学中的应用密度泛函理论是解释和预测分子结构、性质和反应机理的重要工具。
它是化学计算和材料科学等领域中不可缺少的理论基础之一。
在本文中，我们将探讨密度泛函理论在化学中的应用，介绍其基本原理以及一些成功的应用案例。
密度泛函理论基本原理密度泛函理论是在电子间相互作用和电子波函数的基础上，以电子密度作为变量来描述分子结构和反应。
它建立在基于密度的交换-相关能量函数之上，该函数能够描述电子间的相互作用和外电场的影响。
密度泛函理论中的基本量是电子密度。
电子密度可以通过分子轨道理论、哈特里-福克方法和密度泛函方法等计算得到。
其中密度泛函方法更加高效和普遍。
密度泛函方法中的密度泛函是一种函数，它能够将电子密度映射为交换和相关能量。
密度泛函方法的优势在于其快速且准确地处理较大和复杂的分子。
密度泛函理论在化学中的应用密度泛函理论在化学中的应用非常广泛，包括分子结构、反应机理、催化剂设计、材料科学和生物化学等领域。
这里仅提到其中的几个例子。
1. 单分子反应机理密度泛函理论被广泛应用于研究单分子反应机理。
例如，通过计算反应物和产物的电荷密度和反应中间体的能量，可以预测反应的反应路径、反应速率和反应产物的稳定性。
通过分析反应物和反应中间体之间的相互作用，可以确定反应机制和关键步骤。
2. 催化剂设计密度泛函理论在催化剂设计中也有很多应用。
例如，可以使用密度泛函理论计算催化剂表面上的各种反应物分子的吸附能力，并确定最优化的催化剂结构。
通过这样的计算方法，可以预测催化剂的活性、选择性和稳定性，并设计新的高效催化剂。
3. 电子传输性质密度泛函理论还可以用来研究材料的电子传输性质。
例如，在分析金属-有机分子-金属器件的传输行为时，可以在密度泛函理论框架中考虑分子结构和金属电极之间的相互作用。
通过密度泛函计算电子能级结构和电导率等属性，可以预测器件的性能和优化器件结构。
4. 分子结构和光学性质密度泛函理论还可以用来预测分子结构和光学性质。
密度泛函理论及其应用一、密度泛函理论（Density Functional Theory ：DFT ）VASP 的理论基础是电荷密度泛函理论在局域电荷密度近似（LDA ）或是广义梯度近似（GGA ）的版本。
DFT 所描述的电子气体交互作用被认为是对大部分的状况都是够精确的，并且它是唯一能实际有效分析周期性系统的理论方法。
1.1 单电子薛定谔方程式一个稳定态（与时间无关）的单一粒子薛定谔方程式可表示为一个本征值问题（暂略动能项的 /2m ）：()()H r E r ψψ= （1）2[]()()V r E r ψψ-∇+= （2） 多体量子系统 （如双电子的薛定谔方程式）：2212121212[(,)](,)(,)V r r r r E r r ψψ-∇-∇+= （3）在普遍的状况下，12(,)V r r 里的12,r r 是无法分离变量的，因此，即便简单如双电子的薛定谔方程式就己经没有解析解了。
而任何的计算材料的量子力学问题，都需要处理大量数目的电子。
1.2 Hohenberg-Kohn 定理量子力学作为20世纪最伟大的发现之一，是整个现代物理学的基石。
量子力学最流行的表述形式是薛定谔的波动力学形式，它的核心是波函数及其运动方程薛定谔方程。
对一个给定的系统，我们可能得到的所有信息都包含在系统的波函数当中。
对一个外势场v (r)中的N 电子体系，量子力学的波动力学范式可以表示成：v (r) ⇒Ψ (r1; r2; …; r N ) ⇒可观测量 （4） 即，对给定的外势，将其代入薛定谔方程可以得到电子波函数，进一步通过波函数计算力学量算符的期望值可以得到所有可观测量的值。
电荷密度是这些可观测量中的一个：333*232()...(,...)N N n r N d r d r d r r r r =ψ⎰⎰⎰2(,...)N r r r ψ （5） 如前所述，任何的计算材料的量子力学问题，都需要处理大量数目的电子。
密度泛函理论在生命科学中的应用与进展密度泛函理论是近几十年来发展起来的一种理论方法，被广泛应用于物理、化学、材料科学等领域。
不过，近年来，人们也开始将其应用于生命科学领域。
本文将介绍密度泛函理论在生命科学中的应用与进展。
1. 密度泛函理论简介密度泛函理论是一种从电子总体密度推导出各种物理、化学性质的理论方法。
这个理论成立的基础是电荷密度的波函数形式。
这个理论方法的创新之处在于把要求粒子相互作用的求和变成对电荷密度的积分。
这样，问题立即就变成了求解密度的问题。
对于有限尺寸的原子分子体系，密度泛函理论的近似方法已被广泛使用。
而对于生物分子中的电子结构和化学反应能量进行精确计算，人们使用密度泛函理论的计算也已经相对成熟。
2. 密度泛函理论在生命科学中的应用以往，生命科学中的分子建模技术并没有引入密度泛函理论。
而近年来，这种新技术已经显示出了巨大的潜力。
在许多生命科学领域都有密度泛函理论的应用，例如：2.1 蛋白质结构预测蛋白质结构预测一直是一个难以解决的问题，但密度泛函理论已经在该领域获得了一定的应用。
通过将蛋白质表面的能量场表示为相互作用的密度和电对的积分，然后使用密度泛函理论在假设的能量场中求解蛋白质结构。
这种方法已经成功地应用于预测蛋白质的结构和动力学性质。
2.2 发现新药物在生命科学领域中最为重要的是发现新药物。
密度泛函理论可以帮助分析和探测许多与药物有关的分子。
人们发现，这种方法可以精确计算分子的电荷和电子云。
这有助于发现药物分子的特定化学反应。
2.3 DNA 合成在生长和发育过程中，细胞需要不断复制 DNA。
密度泛函理论可以用来研究 DNA 合成的化学反应路径和反应能量。
例如，密度泛函理论已经被用于研究 DNA 合成的各个阶段，从而有助于理解生长和发展过程。
3. 密度泛函理论在生命科学中的进展在近年来，密度泛函理论也已经得到了进一步的发展和改进，促进生命科学领域中密度泛函理论的应用。
一些有趣的进展如下：3.1 基于密度泛函理论的理解基因调控实际上，基因调控一直是生命科学中最为重要的话题之一。
gga+u的原理文献
GGA+U是近年来在第一原理计算领域中广泛使用的一种方法。
它是从密度泛函理论（DFT）中发展而来的，旨在修正DFT在描述强关联体系时的局限性。
本文将介绍GGA+U的原理及其在实际计算中的应用。
GGA+U方法的核心是将一种赝势（pseudo-potential）算法与LDA/GGA（局域密度近似/广义梯度近似）泛函相结合。
其中，赝势算法是一种有效减少计算量的方法，它将原子核和内壳电子对外层电子的影响通过一个有效势（pseudo-potential）来描述。
而LDA/GGA泛函则是DFT中最基础的近似方法，它利用电子密度来近似求解电子系统的总能量和其他物理量。
然而，在描述强关联体系时，LDA/GGA泛函的精度并不够高。
这是因为在强关联体系中，电子之间存在较强的相互作用，例如局域的电子密度波和马约拉纳费米子等现象。
为了解决这个问题，GGA+U方法引入了一个U参数（Hubbard参数），它可以有效地修正电子间的相互作用，从而提高计算精度。
在实际计算中，GGA+U方法的应用范围非常广泛，例如在材料科学、化学、生物学以及物理学等领域中都有着广泛的应用。
以材料科学领域为例，GGA+U方法可以用来计算材料的电子结构、磁性、光学性质和电学性质等，进而预测材料的物理性质和化学反应。
特别是在磁性材料的计算中，GGA+U方法可以很好地描述强关联效应，从而更加准确地预测材料的磁性。
总之，GGA+U方法是一种基于DFT的高精度计算方法，可用于计算强关联体系的电子结构和物理性质。
相信随着计算机计算能力的不断提高和方法的不断改进，GGA+U方法将在更多领域中得到广泛应用。
密度泛函理论及其应用一、密度泛函理论（Density Functional Theory ：DFT ）VASP 的理论基础是电荷密度泛函理论在局域电荷密度近似（LDA ）或是广义梯度近似（GGA ）的版本。
DFT 所描述的电子气体交互作用被认为是对大部分的状况都是够精确的，并且它是唯一能实际有效分析周期性系统的理论方法。
1.1 单电子薛定谔方程式一个稳定态（与时间无关）的单一粒子薛定谔方程式可表示为一个本征值问题（暂略动能项的 ）： /2m ()()H r E r ψψ=（1）2[]()()V r E r ψψ-∇+=（2）多体量子系统 （如双电子的薛定谔方程式）： 2212121212[(,)](,)(,)V r r r r E r r ψψ-∇-∇+=（3）在普遍的状况下，里的是无法分离变量的，因此，即便简单如12(,)V r r 12,r r 双电子的薛定谔方程式就己经没有解析解了。
而任何的计算材料的量子力学问题，都需要处理大量数目的电子。
1.2 Hohenberg-Kohn 定理量子力学作为20世纪最伟大的发现之一，是整个现代物理学的基石。
量子力学最流行的表述形式是薛定谔的波动力学形式，它的核心是波函数及其运动方程薛定谔方程。
对一个给定的系统，我们可能得到的所有信息都包含在系统的波函数当中。
对一个外势场v (r)中的N 电子体系，量子力学的波动力学范式可以表示成：v (r) Ψ (r1; r2; …; r N ) 可观测量 ⇒⇒（4）即，对给定的外势，将其代入薛定谔方程可以得到电子波函数，进一步通过波函数计算力学量算符的期望值可以得到所有可观测量的值。
电荷密度是这些可观测量中的一个： 333*232()...(,...)N N n r N d r d r d r r r r =ψ⎰⎰⎰ 2(,...)N r r r ψ （5）如前所述，任何的计算材料的量子力学问题，都需要处理大量数目的电子。
应用密度泛函理论探究纳米光电材料的性能
研究
随着科学技术的发展，纳米光电材料在信息技术、生物医学、能源利用等领域
得到了广泛应用。
然而，如何有效地探究纳米光电材料的性能仍是一个挑战。
密度泛函理论是一种理解材料物理性质的强有力工具，通过计算材料电子密度，可以预测和解释材料的各种性能。
理论基础
密度泛函理论的主要思想是以电子密度为自变量，建立能量泛函，从而研究材
料的物理性质。
在密度泛函理论中，基态电子密度反映了材料电子的本质行为。
因此，通过计算电子密度可以预测纳米光电材料的光学、电学和磁学等性质。
应用
密度泛函理论广泛应用于纳米光电材料的研究中。
例如，在太阳能电池中，通
过密度泛函理论计算能带结构和光学性质，可以帮助我们理解太阳能电池的性能。
此外，在LED、光电晶体、光电传感器等领域，密度泛函理论也能够为分子设计、材料制备和性能优化等方面提供帮助。
结合实验
虽然密度泛函理论是一个有效的工具，但是仍需与实验结合。
实验可以提供反馈，帮助修正理论模型。
此外，结合实验和计算方法可以更好地预测纳米光电材料的性能。
例如，利用电子能谱仪、卢米克斯特光谱仪、X射线衍射和透射电镜等实验手段，可以获取纳米材料的结构和光学特性，进而验证理论模型和探究材料性能。
总结
密度泛函理论在纳米光电材料的研究中扮演重要角色，通过计算电子密度，可以预测和解释材料的各种性质。
与实验结合可以更好地预测材料性能，为新材料开发提供帮助。
未来，应用密度泛函理论探究纳米光电材料的性能研究将有更加广泛的应用前景。
密度泛函理论（DFT）论文：密度泛函理论（DFT）分子识别变构开关自然键轨道（NBO）预组织性密度泛函理论(DFT)论文：密度泛函理论(DFT) 分子识别变构开关自然键轨道(NBO) 预组织性【中文摘要】超分子化学是当前乃至未来相当长时间内化学中最热门、发展最快的领域之一。
本文运用密度泛函（DFT）理论方法计算的方法对3个冠醚类化合物结构、性能进行了理论研究。
3个分子识别的体系分别为:（1）低对称性冠醚及其与碱金属Na+,K+的分子识别;（2）2, 2’-联吡啶基-3, 3’-15-冠-5与碱金属离子Na+,K+及由过渡金属组成的W（CO）4分子碎片的分子识别;（3）含有偶氮功能基团的冠醚分子以及它们的顺式结构体与碱金属Li+, Na+, K+, Rb+的分子识别。
首先,采用密度泛函理论方法（DFT）,运用B3LYP杂化函数在6-31G（d）水平上,对4种分别以15-冠-5和18-冠-6为骨架的缩环冠醚14-冠-5、17-冠-6和扩环冠醚16-冠-5、19-冠-6及其它们与碱金属阳离子Na+和K+配位生成的配合物的电子几何结构优化结果进行讨论。
利用福井函数（Fukui functions）对4种低对称冠醚的亲核性能进行了比较。
用量子化学参数,如能隙（ΔE）,前线轨道HOMO能级和LUMO能级等,分别对低对称性冠醚和对称性冠醚的配位能力进行了分析比较。
此外,配位反应在298K的焓变也通过一些热力学数据进行了分析讨论。
结果表明:冠醚分子中相邻的两个氧原子之间的亚甲基链的长度对冠醚分子的结构性能和化学性质起到至关重要的作用。
理论计算结果与实验结果吻合。
第二,在B3LYP/6-31G （d）和SDD （Stuttgart-Dresden）基组水平上,对2, 2’-联吡啶基-3, 3’-15-冠-5（L）与碱金属Na+,K+及W（CO）4分子碎片所形成的配合物进行几何结构全优化计算,同时对配合物的能量进行了基组误差（BSSE）分析,并对它们的优化结构进行了NBO讨论。
