IVA族和IIIA-VA族半导体复合材料结构性质与弱相互作用机制的理论研究
批准号:
21503057
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
21.0 万元
负责人:
张国旭
依托单位:
学科分类:
化学模拟与应用
结题年份:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
胡玚玚、史雨婷、智美元
中文摘要
分子间和分子内相互作用的研究对于物理、化学、生物学等众多学科领域具有极其重要的意义。其中,定量地描述弱相互作用的本质、强度、以及其对物质结构性质的影响等问题仍然存在相当的难度和局限性。近几年来,随着理论计算方法的深入和计算机性能的提高,大体系弱相互作用力的计算已成为了可能。本项目改进和发展了传统的密度泛函理论方法,系统计算了无机半导体体相晶体及其表面的结构、力学、热力学等基本性质,同时研究了苯衍生物等有机小分子吸附在IVA族和IIIA-VA族无机半导体表面的界面问题。通过引入长程范德华力,深入探讨了复合材料分子-分子和分子-衬底之间相互作用的机理,揭示出分子间弱相互作用对材料结构和性能的影响,从而为新型有机/无机复合材料设计提供理论依据。
英文摘要
The theory of intermolecular and intramolecular interactions is as important in physics as in chemistry and biology. While an accurate description of weak intermolecular interactions, as well as their influence on the structure and properties of matter remains a big challenge. Recent developments in methodology and computing capability make it possible to carry out theoretical study of intermolecular interactions in complex materials. In this proposal, we develop novel methods for treating van der Waals interactions in solids in the context of density-functional theory. Our model systems contain IVA and IIIA-VA groups inorganic semiconductors, their surfaces, and organic molecule/inorganic semiconductor interfaces. We assess how van der Waals interactions affect the structural, mechanical, and thermodynamic properties of those materials. The current study of different intra- and intermolecular interactions enables us to understand the adsorption mechanism on the interface and to design novel organic/inorganic hybrid materials.
本项目结合多种电子结构理论方法对传统密度泛函理论进行改进,用于研究复杂体系(包括固体及其表/界面)分子间相互作用力。通过结合经典电动力学和量子力学,建立了有效的理论模型来计算微观动态极化率和范德华系数,从而计算范德华能量。构建无机晶体测试集,采用全电子方法,系统评估了传统密度泛函交换-关联近似对上述固体材料的预测能力,并深入研究了不同性质的误差之间的关系。通过声子计算,得到振动自由能,并对所有固体进行零点能校正。将DFT+vdW方法应用于晶体测试集,系统揭示出长程范德华力对于基态性质的地位和作用。结合实验方面的研究,通过对一系列分子/表面吸附体系的结构、能量、以及电子性质的研究,深入探讨各种分子间作用力与化学键在复杂界面的协同效应。本课题的研究加深了对复杂体系弱相互作用的理解,为指导今后新型半导体复合光电、催化材料的探索和设计奠定理论依据。..项目资助发表SCI核心论文1篇,待发表4篇(已投稿)。联合培养硕士研究生2名,均已毕业。项目投入经费21万元,支出13.6538万元,结余7.3462万元用于本项目后续支出。.
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:
10.1088/1367-2630/aacba1
发表时间:
2018-03
期刊:
New Journal of Physics
影响因子:
3.3
作者:
[Farzad Zangeneh-Nejad;R. Fleury]
通讯作者:
Farzad Zangeneh-Nejad;R. Fleury
Performance of various density-functional approximations for cohesive properties of 64 bulk solids
64 种散装固体的内聚特性的各种密度泛函近似的性能
DOI:
10.1088/1367-2630/aac7f0
发表时间:
2018-06
期刊:
New Journal of Physics
影响因子:
3.3
作者:
[Guo-Xu Zhang, Anthony M Reilly, Alex, re Tkatchenko, Matthias Scheffler]
通讯作者:
Matthias Scheffler
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