物理学院学术报告（第41期）

报告题目：多组元材料的结构筛选和性能预测

报告专家：杨小宝教授  华南理工大学

报告时间：2024年07月04日（周四）10:00

报告地点：理6栋525       邀请人：金元俊

报告内容：

在本报告中，我们通过两个方面讲述理论计算（包括第一原理方法、建立模型势、结构搜索等）在多组元材料研究中的应用。我们关注的是特殊问题的结构搜索，比如合金结构、硼平面结构中空位的分布等, 原子基本在特定的晶格附近，而初始的分布是关键。1）多组元材料的结构筛选。我们开发了基于结构识别的高通量第一原理计算程序Structures of Alloys Generation And Recognition (SAGAR)，在遍历计算中避免重复结构；提出了基于局域对称性的原子分类模型，可以很好的拟合体系的总能和紧束缚模型中的能量系数，设计直接带隙或者特定带隙值的半导体材料；论证了原子分类模型和格子气模型的等价性，通过逐步求解关联函数空间凸包络的“拼图”算法给出多组元材料可能的稳定结构，并推论维科夫位点越少的结构成为基态的可能性越大，在100种二元合金材料中得到了验证，有效提高候选结构的筛选效率。2）硼-碳体系的材料预测。稳定的硼平面纳米结构是三角晶格碎片加上合适比例的空位，对应的是硼原子和空位形成的“合金”结构，我们确定了不同尺寸下稳定的硼团簇结构，预测了一系列具有半导体特性的硼平面单层结构。我们提出了基于8电子和三中心键的理论模型，解释了稳定结构的电荷分布，并给出了可能稳定结构需要满足的特征，讨论了硼纳米体系出现半导体的根源。我们关注由p电子诱导的磁矩：在氢吸附C60体系中，提出有效相互作用模型预测磁序，结合Hubbard模型和第一性原理计算进行验证，在5个氢原子吸附时体系的局域磁矩达到最大值5；对于硼团簇，预测了有磁矩的二维单层结构，发现对称性高的硼团簇更倾向于出现磁矩，进一步被组装以构建二维磁性半导体材料，对应的铁磁性-顺磁性转变和半导体-金属转变将在500K左右发生，表明其在室温下纳米器件中的潜在应用。

专家简介：

杨小宝, 教授, 博士生导师, 于2003年、2008年在清华大学物理系获学士、博士学位后，到香港城市大学开展博士后研究，2010年获聘华南理工大学副教授，2012年晋升教授，2013年增选为博士生导师。主要从事材料结构和性能的理论研究，在国际刊物 J. Am. Chem. Soc.、Nanoscale、Phys. Rev. B等发表 SCI 论文 100余篇, 先后主持完成国家自然科学基金面上项目、省部级项目等， 2013 年入选广东省高等学校优秀青年教师培养计划，2014 年获得广东省杰出青年基金，入选广东省特支计划；主讲计算物理，2015年获批华南理工大学大规模在线教育课程（MOOC）建设项目，2020年获批广东省高校线上线下混合式一流课程。