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青材讲坛之二维材料计算研讨会
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介绍 目录 留言  

研讨会简介
近年来,二维材料(例如石墨烯、黑磷等)因其独特的光电性质和潜在应用前景获得国内外科学家们的广泛关注。目前二维层状材料已成为材料科学,凝聚态物理以及化学领域研究最具活力的研究方向。为了加强国内外相关人士在二维材料计算领域的最新研究进展交流,材料人举办青材讲坛二维材料计算专题线上研讨会。研讨会围绕“二维材料计算”的主题,以高端学术交流为重点,针对当前二维材料计算在材料、物理、化学等前沿研究领域的新进展展开研讨,促进学术交流和技术进步。

 

研讨会议题
本次研讨会主要包含下面两个主题
1:计算模拟在二维材料研究中的新应用
2:二维材料计算模拟的新方法、新理论

 

研讨会主办
材料人网
学术之友公众号

邀请报告

报告一:
标题:IV族新型二维硒化物中超低热导率的第一性原理研究
嘉宾:刘鹏飞

时间:2019年1月22日15:30-16:30

嘉宾简介:博士于2012年获河南大学学士学位,2017年获中国科学院福建物质结构研究所博士学位。随后在中国散裂中子源工作。目前主要从事固体功能材料声子性质的第一性原理研究。截止于2019年1月,共计发表学术SCI论文40多篇,其中第一作者和通信作者论文共11篇。
摘要:热电材料利用固体材料中的载流子和声子的输运以及它们的相互作用来实现热能和电能的相互转换,其效率主要由无量纲的热电性能优值ZT决定,ZT = (S2σ/κ)T,S为Seebeck系数、σ为电导率、κ为热导率。然而这几个热电性能参数之间相互耦合、此消彼长,因此热电领域的关键科学问题在于如何平衡几个参数之间的关系从而提高热电优值ZT。2014年美国西北大学Kanatzidis, M. G.课题组利用一种廉价的常见材料SnSe获得了高达2.6的ZT值,证实基于非谐振效应具有本征低热导率筛选高性能热电材料是一种有效的效途。
2017年,德国亚琛工业大学Richard Dronskowski课题组报道了一种新颖的具有Ge-Ge键的层状化合物Ge4Se3Te [Angew. Chem. Inter. Edit. 56 10204 (2017)],我们认为该材料中不寻常的Ge-Ge键会引起较强的非谐振效应从而具有本征低热导率。通过第一性原理计算,我们详细开展了该类二维硒化物材料的声子输运研究和深层次的晶格振动分析。我们发现此类二维硒化物材料表现出较低的声子群速值,大的格林艾森常数,和较强的光-声学声子耦合效应。这些内在特性主要源于材料强的声子非谐特性,同时这些特性也极大地抑制了材料的声子传输行为,使其拥有超低的室温热导率。我们的研究揭示此类材料中独特的声子输运机制,为其进一步的热电应用提供了理论依据。相关工作发表在Phys. Rev. B, 2018, 98, 235426。

 

报告二
标题:结构搜索在二维材料结构设计中的应用
嘉宾:易文才博士于2013年获天津师范大学大学学士学位,2018年获吉林大学理论化学研究所博士学位。随后在曲阜师范大学物理工程学院工作。目前主要从事固体功能材料性质的第一性原理研究和结构搜索算法的开发。截止于2019年1月,共计发表学术SCI论文17篇,其中第一作者论文共5篇。相关工作发表在J. Mater. Chem. A,J. Phys. Chem. Lett.,J. Mater. Chem. C等国际知名学术期刊上。并开发了qvasp程序用以辅助处理VASP的输入和输出文件。
摘要:结构搜索被广泛应用于零维,二维,三维材料的结构设计,其对探索材料的微观结构有重要意义。目前国内外比较知名的结构搜索软件有CALYPSO、USPEX、AIRSS、IM2ODE和MUSE等,这些结构搜索软件在超硬材料、超导材料、热电材料、狄拉克材料和高能材料等方面获得了巨大的成功。其基本思路是选定搜索对象,按照特定组分比例进行结构搜索,挖掘其中性能良好的材料结构,评估这些结构的稳定性及合成的可能性。从而达到验证实现现象,预测新材料结构的目的。
本讲座首先依据多年的结构搜索经验(参考博士论文:基于结构搜索算法的二维材料结构设计及电子结构计算),为大家简述和剖析结构搜索的算法中的秘密。同时,结合以下两个实际应用案例来进行详细说明:
1、二维硼材料是否具有狄拉克点,一直是近年来讨论的一个热点课题[Advances in Physics: X 1.3 (2016): 412-424],我们利用二维结构搜索算法成功找到了真正类似石墨烯的六方二维硼同素异形体,且它具有狄拉克点[The Journal of Physical Chemistry Letters 8.12 (2017): 2647-2653];
2、机器学习被广泛应用于材料研究领域,描述符的寻找和确定是机器学习非常重要的环节,基于结构搜索,我们确定了孔隙度与二维材料(碳、硼)能量稳定性有显著的关系[Journal of Materials Chemistry A 6.22 (2018) 10348-10353],以期望这一规律能够被广泛运用于二维材料结构探索中。

 

报告三

标题:二维材料力学和声子输运的理论研究

时间:2019年1月20日10:00-11:00

嘉宾:高志斌博士于2013年获山西师范大学学士学位,2018年获同济大学物理系博士学位。目前主要从事统计物理、计算物理与材料科学方面的研究。截止于2019年1月,共计发表学术SCI论文11篇,其中第一作者论文共7篇。相关工作发表在Nano Lett, ACS Nano, Adv. Funct. Mater, Phys. Rev. Appl, Phys. Rev. E, Nanoscale, ACS Appl. Mater. Interfaces等国际知名学术期刊上。

摘要:纳米材料作为当今前沿科技的重要组成部分,引起了人们的广泛关注。由于特殊的量子限域效应,低维系统表现出与对应三维材料完全不同的优异物理化学性质,如力学、电学、光学,以及热学性质等。平面负泊松比材料作为上述功能材料成员的一份子,被广泛应用于航天飞机上的叶轮、包装材料、心脏搭桥手术、防弹护具装备以及国防等重要领域。此外,优异的热电性质(把热转化为电)不仅要求材料拥有很好的电输运,同时还要求材料具有极低的热导率。此次讨论具体内容如下:
1.以三种新型二维氧化硅材料为载体,揭示其反常平面负泊松比力学性质。它们拥有和传统三维块体SiO2材料相似的热学、动力学以及力学稳定性。这些新型材料的负泊松比数值是五角石墨烯的两倍、硼烯的三倍。我们发现平面负泊松比的原因是由于特殊的晶格对称性与Si-O四面体之间的耦合造成的(Z. Gao, et al., Nano Lett. 17, 772-777 (2017));
2.从简单等腰三角形出发,构造二维力学美特材料,实现可调节平面泊松比(从负到正再到负),并在孔状石墨烯中实现类似的奇异力学性质(Z. Gao, et al., Phys. Rev. Appl, 10, 064039 (2018)).
3.块体碲材料由于优异的电输运和低热导率性质已经成为很好的热电材料。单层碲材料目前已经能够在实验室进行大规模生长和制备,这里主要讨论其超低晶格热导率。我们发现单层碲沿着armchair和zigzag两个方向的常温热导率分别为2.16和4.08 W/mK,造成其超低热导率的原因是:很软的声学声子模式、极低的光学声子模式以及光学声子和声学声子间的强烈散射。最后,根据收集的数据表明,二维材料晶格热导率正比于最高的声学声子频率,同时也正比于最低的光学声子模式频率(Z. Gao et al., Nanoscale 10, 12997-13003 (2018))。此外,我们还研究了α-Te材料,它是比β-Te更加稳定的一个相结构。对于p型掺杂的α-Te,其最大的热电优值为0.83(Z. Gao et al., ACS Appl. Mater. Interfaces 10, 40702–40709 (2018))。