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晶體熱學性能研究的方法:第一性原理聲子譜計算
來源: 時間:2023-06-09 16:46:00 瀏覽:2731次

晶體熱學性能研究的方法:第一性原理聲子譜計算


第一性原理聲子譜計算是一種基于量子力學的計算方法,用于研究物質(zhì)中聲子的性質(zhì)和行為。聲子是晶體中的量子態(tài),它描述了晶體中原子振動的性質(zhì)。聲子譜計算可以提供關(guān)于晶體結(jié)構(gòu)、熱力學性質(zhì)、相變等方面的重要信息,對于理解和設(shè)計材料的性能至關(guān)重要。


第一性原理聲子譜計算


聲子譜計算的核心是基于第一性原理的密度泛函理論(DFT)。密度泛函理論是一種基于電子密度的理論框架,可以用于描述多電子體系的基態(tài)性質(zhì)。在聲子譜計算中,首先需要進行基于DFT的電子結(jié)構(gòu)計算,得到晶體的電子能帶結(jié)構(gòu)和電子密度分布。這些信息對于聲子譜計算是至關(guān)重要的,因為聲子與電子之間存在相互作用。


在聲子譜計算中,聲子的運動方程可以通過Hooke定律和Born-Oppenheimer近似推導得到。Hooke定律描述了原子之間的力常數(shù),而Born-Oppenheimer近似則假設(shè)電子和聲子的運動可以分開考慮。通過求解聲子的運動方程,可以得到聲子的能量和動量,從而獲得聲子譜。


為了解決聲子運動方程,需要引入周期性邊界條件,并對晶體的原子進行微小的擾動,例如將一個原子稍微移動一點。然后,通過求解運動方程,可以得到晶體中所有聲子的能量和波矢。這些能量和波矢的組合就構(gòu)成了聲子譜。


實際進行聲子譜計算時,有幾種常用的方法。一種常見的方法是密度泛函微擾論(DFPT),它基于線性響應理論,通過微小的外勢擾動來計算聲子譜。另一種方法是有限差分法,它將運動方程轉(zhuǎn)化為離散的差分方程,然后通過數(shù)值求解得到聲子譜。


聲子譜計算的結(jié)果可以用于解釋實驗觀測,例如紅外光譜、拉曼光譜等。聲子譜提供了關(guān)于晶體中振動模式的信息,包括頻率、強度和偏振等。這些信息對于理解晶體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、熱導率、熱膨脹等熱力學性質(zhì)非常重要。



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全部 3小時前 四川
文字是人類用符號記錄表達信息以傳之久遠的方式和工具?,F(xiàn)代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產(chǎn)生書面文字,很多小語種,有語言但沒有文字。文字的不同體現(xiàn)了國家和民族的書面表達的方式和思維不同。文字使人類進入有歷史記錄的文明社會。
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