本文采用第一性原理的方法系统研究了UO2的晶体结构、电子结构和弹性性质.在计算中采用广义梯度近似结合Hubbard U项描述电子的局域强关联效应.首先通过计算能带带隙大小并与理论值比较的方法,得到了合理的有效库仑相关作用能(Ueff)的取值,同时通过态密度的计算,进一步验证了Ueff取值的合理性.计算得到UO2中U原子的Ueff值为3.30 e V(Ueff=U-J,U=3.70 e V,J=0.40 e V).应用此参数计算得到的UO2晶格常数为5.54,带隙宽度为2.17 e V.该结果优于目前现有的研究结果,同时在同样的Ueff值条件下计算所得到的弹性常数与实验值也符合得较好.相较于之前的基于实验测量并分析得到的Ueff值,我们所采用的方法在对UO2性质描述上更为准确.不同的有效库仑相关作用能取值下的态密度结果表明,有效库仑相关作用能的大小可以影响铀原子5f电子轨道的分布.
