凝聚态物理-计算物理

成果介绍

科技计划：

成果形式：新材料、其他

合作方式：其他

参与活动：驻苏高校院所苏北五市产学研合作对接活动第七届中国江苏产学研合作大会

专利情况：未申请专利

成果简介

综合介绍

1、石墨烯(Graphene)、黑磷和InGaAs/InAlAs半导体异质结都属于二维结构，对其中的电学、光学特性可以对比研究，研究方法上可以类比。采用转移矩的方法分析了含石墨烯的多层介质体系的光吸收特性。分析因石墨烯表面电导的引入带来的光透射、光吸收等在THz区对入射光能以及入射角度的依赖关系（如图1）。

创新要点

2、辐射生物分子效应的多尺度模拟研究将经典动力学与从头计算相结合对低能电子损伤DNA的过程开展多尺度分子动力学研究，阐明了溶剂中电子在核苷酸中的转移机制，指出氨基酸保护DNA免受低能电子损伤的物理与化学途径；通过模拟阐明生理溶剂中，离子导致DNA结构变化的规律。先后在Phys. Rev. Lett., J. Phys. Chem. Lett., Phys. Chem. Chem. Phy.等期刊。这些结果对深入理解电离辐射的生物损伤效应具有重要意义，可为电离辐射防护和辐射肿瘤治疗等应用提供理论基础。6、磁性纳米薄膜、半金属材料、碳纳米管的电磁与动力学性质的计算模拟 20世纪下半叶，计算机技术的快速进步，使得人们逐步可以通过计算机程序，来模拟一些较为复杂的物理过程。在此基础上，计算物理的理论与方法快速发展，并成为物理学领域重要的组成部分。相比实验，计算物理有一些独特的优势，如实现成本更低，安全性高，对细节的观察更为丰富等。这些优点，也使计算物理这个学科获得了越来越多的关注。磁性薄膜材料中人们已经发现了丰富的物理现象，如半金属性、巨磁阻效应、金属-绝缘体转变，量子反常霍尔效应等，而对这些现象背后的机理进行研究，摸清其中的规律，就可以为人为的调控薄膜的电学、磁学性质，设计基于磁性薄膜的电子器件提供理论指导。我们的研究中，采用超级计算机对表面、界面和低维材料的性质进行模拟，获得了一些新的现象与新的发现，如应力导致的金属-绝缘体转变，磁化轴的旋转，自旋极化输运等。这将推动磁性薄膜材料在自旋电子学中的应用。

技术指标

4、能源材料设计与计算锂离子电池作为一种新型的可充电电池，具有高电压、高能量密度、环保无污染、无记忆效应等优点，在当今能源日趋匮乏，追求低碳环保的形式下被公认为21世纪最有前景的理想能源。当前商用锂离子电池的关键技术之一在于负极材料的选择。石墨类材料因具有高比容量、价格低等优点是当前最广泛应用的负极材料，但石墨存在容量偏低(372 mAh/g )、压实密度偏低等缺点，导致其单位成本高，限制了其应用。其它负极材料（如硅和、渡金属氧化物），也面临着一些关键问题，如充放锂的过程中会发生巨大体积变化、锂的扩散效率低等。因此，探寻性能优异的负极材料成为了当今研究热点。实验发现体结构的黑磷能吸附大量的锂，故预测其在负极材料方面具有潜在的应用，不幸的是，在充放锂的过程中黑磷发生了巨大的结构形变，进而限制了其应用。本论文在理论上预测了实验新合成的二维层状材料黑磷和蓝磷为性能优异的锂离子电池负极材料。研究表明，相较于体结构黑磷，单层、双层黑磷和蓝磷在充放电的过程中结构不会发生形变，且锂在其表面扩散效率高。与石墨相比，双层黑磷、单层和双层蓝磷具有更高的电容量（433,865和649 mAh/g）。目前，我们的理论预测部分已经被实验所证实。该工作获得南京市第十二届自然科学优秀学术论文3等奖。 5、金属微观力学性能模拟与计算目前，平均粒径小于10nm的纳米块体金属的制备还比较困难，分子动力学模拟正好适用于平均粒径从几纳米到几十纳米的情况。通过分子动力学模拟可以得到一些重要的关于平均粒径从几纳米到几十纳米的纳米块体金属的力学性能和形变微观过程的有用信息。主要研究结果如下：1、塑性形变机制随平均粒径的变化可以分成三个区域，在不同的区域里面不同的形变机制起着主要作用。2、流变应力在粒径为10纳米时表现出最强的拉伸－压缩非对称性。纳米固体金属的拉伸－压缩力学性能非对称性来源于纳米固体金属特殊的塑性形变机制。

其他说明

完成人信息

姓名：对接成功后可查看

所在部门：对接成功后可查看

职务：对接成功后可查看

职称：对接成功后可查看

手机：对接成功后可查看

E-mail：对接成功后可查看

电话：对接成功后可查看

传真：对接成功后可查看

邮编：对接成功后可查看

通讯地址：对接成功后可查看

联系人信息