高压下锂的电子结构和光学性质理论研究

发布时间：2023-11-21 20:16

　　锂在高压下有许多奇特的性质,包括复杂的相图、反常的低温熔化、超导现象、金属绝缘体相变等,在近些年引起广泛的研究兴趣。它们本质上都与锂结构被压缩后的电子行为紧密相关。高压下,一方面随着电子从s到p的激发与s-p轨道的杂化,锂的电子结构产生显著变化,费米面的扭曲和嵌套使得电子和声子耦合作用增强,诱使锂发生从高对称性结构向低对称性结构的相变。另一方面由于Pauli不相容原理或者轨道正交性要求,芯电子对价电子排斥作用增强,价电子受核的有效吸引变弱。部分价电子不再围绕在离子周围,而是局域到晶体结构的间隙位置而表现出阴离子特性,形成电子化合物。电子化合物不同于普通的金属或者离子化合物,电子局域在固定位置而又能够被较低的能量激发,在催化剂、电子发射、透明导体等应用领域有巨大潜力。然而由于常压电子化合物组成和结构的复杂性,电子化合物的介电响应和光学性质还没有被系统研究过,尤其缺少理论方面的研究。高压锂中的金属-半导体-金属相变恰好是压强引起的间隙电子局域和非局域相互作用的体系,成为研究电子化合物的良好模型。此外动力学的理论研究对理解物质属性、相变行为背后的物理至关重要。光学性质是描述电子光子相互作用和...

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 高压复杂相变
        1.1.1 简单介绍
        1.1.2 高压相变
        1.1.3 马氏体相变
    1.2 低温反常熔化
        1.2.1 实验观测
        1.2.2 理论计算
    1.3 超导
    1.4 金属-绝缘体相变
    1.5 电子化合物
    1.6 光学性质
    1.7 课题来源
    1.8 研究内容
第二章 电子结构计算方法
    2.1 引言
    2.2 Born-Oppenheimer近似
    2.3 Hartree-Fock理论
    2.4 密度泛函理论
        2.4.1 Hohenberg-Kohn定理一:电子密度作为唯一泛函
        2.4.2 Hohenberg-Kohn定理二:变分原理
    2.5 交换关联泛函
        2.5.1 局域密度近似
        2.5.2 广义梯度近似
    2.6 电子和离子间相互作用的描述—赝势法
    2.7 检查VASP的PAW-PBE势函数在极端高压下的可靠性
    2.8 电子局域化函数和Bader电荷分析
第三章 光学性质理论
    3.1 介电函数
    3.2 光学性质
    3.3 理论模型
    3.4 光学性质的线性响应理论
    3.5 宏观和微观介电函数
    3.6 带内跃迁
    3.7 更精确的BSE方法
第四章 锂电子化合物相光学性质
    4.1 计算
        4.1.1 计算细节
        4.1.2 精确性检查
    4.2 弱金属电子化合物相cI16
        4.2.1 晶体与电子结构
        4.2.2 40GPa下的光学性质
        4.2.3 70GPa下的光学性质
    4.3 绝缘电子化合物相oC40
        4.3.1 电子结构
        4.3.2 光学性质
        4.3.3 各向异性
        4.3.4 变化趋势
    4.4 弱金属电子化合物相oC24
        4.4.1 电子结构与光学性质
        4.4.2 各向异性
        4.4.3 透明半金属
    4.5 讨论
    4.6 本章附录
第五章 晶格动力学理论
    5.1 振动量子化和声子
    5.2 简谐近似
    5.3 非谐效应
    5.4 晶格热导率
    5.5 非谐效应计算方法
第六章 锂电子化合物相晶格动力学性质
    6.1 计算
        6.1.1 计算细节
        6.1.2 精确性检查
    6.2 结果
        6.2.1 声子色散关系
        6.2.2 热力学性质
        6.2.3 声子寿命
        6.2.4 晶格热导率
    6.3 本章附录
展望
总结
致谢
参考文献
附录



本文编号：3865902