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    晶体热学性能研究的方法:第一性原理声子谱计算
    来源: 时间:2023-06-09 16:46:00 浏览:1082次

    晶体热学性能研究的方法:第一性原理声子谱计算


    第一性原理声子谱计算是一种基于量子力学的计算方法,用于研究物质中声子的性质和行为。声子是晶体中的量子态,它描述了晶体中原子振动的性质。声子谱计算可以提供关于晶体结构、热力学性质、相变等方面的重要信息,对于理解和设计材料的性能至关重要。


    第一性原理声子谱计算


    声子谱计算的核心是基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)。密度泛函理论是一种基于电子密度的理论框架,可以用于描述多电子体系的基态性质。在声子谱计算中,首先需要进行基于DFT的电子结构计算,得到晶体的电子能带结构和电子密度分布。这些信息对于声子谱计算是至关重要的,因为声子与电子之间存在相互作用。


    在声子谱计算中,声子的运动方程可以通过Hooke定律和Born-Oppenheimer近似推导得到。Hooke定律描述了原子之间的力常数,而Born-Oppenheimer近似则假设电子和声子的运动可以分开考虑。通过求解声子的运动方程,可以得到声子的能量和动量,从而获得声子谱。


    为了解决声子运动方程,需要引入周期性边界条件,并对晶体的原子进行微小的扰动,例如将一个原子稍微移动一点。然后,通过求解运动方程,可以得到晶体中所有声子的能量和波矢。这些能量和波矢的组合就构成了声子谱。


    实际进行声子谱计算时,有几种常用的方法。一种常见的方法是密度泛函微扰论(DFPT),它基于线性响应理论,通过微小的外势扰动来计算声子谱。另一种方法是有限差分法,它将运动方程转化为离散的差分方程,然后通过数值求解得到声子谱。


    声子谱计算的结果可以用于解释实验观测,例如红外光谱拉曼光谱等。声子谱提供了关于晶体中振动模式的信息,包括频率、强度和偏振等。这些信息对于理解晶体的结构稳定性、热导率、热膨胀等热力学性质非常重要。



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    12条评论
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    全部 3小时前 四川
    文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字,很多小语种,有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
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