高压下高居里温度半金属材料物理和力学性能的理论研究

Half-metals shows very special physical properties under high pressure, and the high pressure effect on the diverse properties of half-metals has been the hot research subject. Up to date, the research of half-metals under high pressure mainly focuses on the electronic and magnetic properties by theoratical method, furthemore, the theoratical results are scarely proved by the experimental studies. The reason maybe is that the ground state structure is not correct employed in the theoratical studies. Besides, the mechanical property of half-metals under high pressure is rarely studied. Based on the above reason, firstly，this project will focus on the searching for the ground state structure of the materials via CALYPSO(Crystal structure AnaLYsis by Particle Swarm Optimization), and then investigate the physical and mechanical properties. Moreover, this project can also give theoretical guide for choosing the propbly half-metal used under different external pressure and other ptential conditions.

半金属材料在高压条件下表现出与常压下不同的奇特物性，使得此类材料在高压下的各种性质成为目前的研究热点。目前高压下半金属材料性能研究主要集中于电、磁学性质等物性的理论研究，但理论研究结果很少得到实验研究支持引起对理论研究所用材料几何结构模型可靠性的质疑；此外，甚少有相关半金属材料力学性质的研究报道。基于上述原因，本项目拟采用基于粒子群优化技术的晶体结构预测程序来搜索高居里温度半金属材料在各种压力条件下的全域性稳态几何结构，保证理论研究所用结构模型的可靠性，并在此基础上采用第一性原理系统研究高居里温度半金属材料在各种压力下的电、磁学性质等物理性质和弹性性质等力学性能，为此类材料在各种压力环境下或其他潜在应用提供理论上的依据和指导。

材料在高压条件下表现出与常压不同的奇特物性，使得此材料在高压下的各种性质成为目前的研究热点。本项目采用基于粒子群优化技术的晶体结构预测程序来搜索高居里温度半金属材料在各种压力条件下的全域性稳态几何结构，并在此基础上利用第一性原理计算，从理论上探索材料在高压条件（包括双轴应变空位缺陷）下的几何结构和物理性质，并设计出具有高居里温度的二维单层半金属材料，主要研究进展包括：（1）系统研究了双轴应变对半金属性钙钛矿氧化物Sr2FeMoO6物理性质的影响，发现在较大应变范围中可以保持半金属性；（2）研究了双轴应变对二维单层材料物理性质的影响，发现双轴应变可以有效调控二维材料的电学性质和磁性；（3）研究了空位缺陷对体状和层状材料物理性质的影响，并从理论上设计出了具有半金属特性的二维单层材料;（4）利用CALYPSO结合第一性原理，研究了CaC在常压下的稳定结构，发现了更为稳定的P4/mmm结构，而具有该结构的CaC呈金属性;（5）研究了几种在超硬材料立方BN上生长的二维Si材料，发现这些二维Si材料在费米能级附近具有狄拉克点; （6）通过在硅烯材料上吸附氮原子，设计出了具有半金属特性的二维硅烯纳米片（H1Silicene），且其居里温度高达374K。在项目资助下，在Phys. Chem. Chem. Phys.，J. Appl. Phys., Physics Letters A, J. Phys. D: Appl. Phys., Solid State Communications等杂志上发表SCI论文10篇，为材料在各种压力环境下或其他潜在应用提供理论上的依据和指导。