碱金属原子间相互作用势及其应用

摘要

量子理论的不断完善、计算技术以及计算机的飞速发展极大地推动了材料物理的发展.由于目前计算条件和理论的限制,尽管建立在密度泛函理论基础上的第一原理计算方法已取得了巨大的成功,但要处理包含成千上万个原子的复杂材料体系的复杂行为,计算精度和计算速度仍难以令人满意.因此,在材料的静力学、动力学以及统计力学的研究中,各种各样等效的原子间相互作用势仍然起着重要的作用.该文对材料计算中广泛使用的等效的原子间相互作用对势进行了概述,介绍了刚球模型、Buckingham势、Lennard-Jones势、Morse势、Born-Mayer势和它们的应用.对近年来从数论基础上发展起来的陈氏三维晶格反演进行了概述,并介绍了其理论上的严密性以及反演结果的确定性.基于结合能曲线从头计算的结果(基于晶格常数、结合能和体模量的实验数据),分别运用CGE方法和陈氏三维晶格反演方法计算了碱金属Li,Na,K,Rb,Cs的原子间相互作用势.运用获得的原子间相互作用势,计算了4-22原子的碱金属团簇稳态结构,并对结构进行了分析.作为对获得的原子间相互作用势的验证,我们应用Born-von Karman模型,计算了BCC结构碱金属的晶格动力学.计算表明,陈氏三维晶格反演比CGE方法具有更快的收敛性,容易获得较高精度的原子间相互作用势.获得的原子间相互作用势,可以较精确地应用于碱金属的结构、静力学和动力学的计算.这为确定此类金属材料中的原子间相互作用对势提供了一个解析的途径.

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文摘

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第一章原子间相互作用对势的研究进展

§1.1“刚球”模型

§1.2 Buckingham势

§1.3 Lennard-Jones势

§1.4 Morse势

§1.5 Born-Mayer势

§1.6多项式形式的势

§1.7 Carlsson-Gelatt-Ehrenreich(CGE)方法

§1.8原子间相互作用对势的讨论

第二章三维晶格反演及其应用

§2.1陈氏三维晶格反演

§2.2陈氏晶格反演的应用

第三章碱金属的原子间相互作用势的计算方案

§3.1 CGE方法和陈氏三维晶格反演方法的对比

§3.2原子间相互作用势的检验和应用

第四章原子间相互作用势的结果和分析

§4.1锂的原子间相互作用势的结果和分析

§4.2钠的原子间相互作用势的结果和分析

§4.3钾的原子间相互作用势的结果和分析

§4.4铷的原子间相互作用势的结果和分析

§4.5铯的原子间相互作用势的结果和分析

第五章结论

参考文献

致谢