论文首先介绍第一性原理，密度泛函理论，能带理论等研究理论，然后对化合物的热动力学稳定性及结力学稳定性进行分析，进而分析化合物的结构特性，再通过分析能带，态密度等计算结果来讨论新型化合物的电子特性，最后对本论文进行总结。

1.2 研究背景

高压下对化合物热动力学稳定性及电子特性的分析是当今的一大热点研究课题。目前也有研究工作者对Al，C单质的相变理论做出讨论。研究表明，C单质在8GPa左右由石墨结构转变为金刚石结构；Al结构在217GPa左右发生fcc-hcp相变转换，在理论上565GPa左右发生hcp-bcc相变转换。对于Al-C体系化合物的研究，有研究者对Al-C60-Al结构的电子输运性质进行了探究，也对Al-C60之间形成的键进行了分析[7]。此外，有研究者对Al2C单层结构进行过探讨，表明Al2C是一种很好的电子传输材料。Al4C3材料在工业生产中有广泛的应用，已有研究者对其应用性质做出了探究，目前并没有对Al4C3的电子特性进行分析。我们将对Al-C化合物的电子特性进行进一步探究。

1.3 研究内容

本文通过基于遗传算法的结构预测方法对Al-C体系进行结构搜索，主要探讨高压下Al-C体系新型化合的电子特性。本文中的研究主要使用Materials Studios 软件中的CASTEP模块对化合物的电子特性进行计算分析，在关联泛函计算时，我们采用广义梯度近似(General Gradient Approximation,GGA)下的Perdew Burke Ernzerhof(PEB)方法。首先对结构进行几何优化，利用形成焓的计算画出结构在不同压力下的凸胞图对其进行热动力学稳定性分析，进而分析化合物的结构特性，最后通过分析能带，态密度等计算结果来讨论新型化合物的电子特性。

2 研究方法

2.1 第一性原理

第一性原理是一种通过仿真模拟来解决实际问题的一种量子方法，它主要分为从头算法和密度泛函理论，利用平面波做基矢波函数再通过赝势方法对体系进行的计算，从而得到体系的相关性质。在凝聚态理论的研究中，这一原理应用相当广泛，是一项伟大的技术，并且随着技术的不断完善，这一原理的精确度已经可以达到很好的效果，与实验值越来越贴近，在科学研究中做出了突出贡献。第一性原理的核心就在于我们不需要明确求出波函数的解，只需要一些构成结构的最基本常量，例如下面介绍的第一性原理中的密度泛函理论就是将电子密度作为基本量来研究体系的诸多性质[8-9]。

通过量子力学的学习，我们知道粒子的运动状态用波函数  来表述单个粒子的含时薛定谔方程表述如下：

上面的薛定谔方程只能求解一个粒子的波函数，要想解决实际问题，我们需要利用多粒子体系的薛定谔方程:

在求解过程中我们用到了一些近似方法，下面介绍两种重要的近似方法：

（1）Born-Oppenheimer绝热近似。我们知道，原子质量约为电子质量的1836倍，在体系运动中，电子的质量可忽略不计，但电子的运动速度远大于原子的运动速度，因此当我们在研究电子时，可以将原子核看作是在晶格的平衡位置作微小的振动。

（2）Hartree-Fock 近似。为了使问题简化，将我们的研究对象锁定在一个电子上，将其他电子间相互作用看做一个平均势场，这样一来，我们研究的电子就在原子核产生的势场以及电子的平均势场产生的叠加势场中运动。除此之外，电子作为费米子，在考虑自旋的情况下具有交换反对称性，因此，在表示出的单电子波函数的时候必须考虑这一对称问题。但这样的近似一般会高估体系的能量[10]。

2.2 密度泛函理论

随着计算机领域的飞速发展，在短短几十年内，人们建立了可以用来预测结构性质的理论并将之应用到科学研究领域当中。密度泛函理论（DFT）是第一性原理中应用最广泛的一种方法，深受研究者们的喜爱，它成为了预测电子结构及材料相关性质的最有力的工具。它为单电子有效势的计算提供了理论依据，并且它的计算结果相当可靠，可以与实验很好的吻合，在科学研究领域中发挥了重要的作用。它将结构的性质用电子密度来描述，将3N维问题转换为3维问题，大大简化了薛定谔方程的求解[11]。下面介绍几点重要内容：