V-,2-O-,5-拉曼光譜的第一性原理計(jì)算.pdf

1、隨著高效而且準(zhǔn)確的數(shù)值算法的發(fā)展，基于密度泛函理論的第一性原理方法成為凝聚態(tài)物理、量子化學(xué)和材料科學(xué)中的重要研究手段。以平面波贗勢(shì)方法和局域密度近似理論為基礎(chǔ)的密度泛函理論提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的第一性原理計(jì)算框架，其準(zhǔn)確性和強(qiáng)大的預(yù)測(cè)能力已被許多研究者所證實(shí)。最近提出的高效線性響應(yīng)理論使在任意倒易點(diǎn)陣陣點(diǎn)上計(jì)算力常數(shù)矩陣成為可能，而計(jì)算量?jī)H僅跟自洽計(jì)算相當(dāng)。根據(jù)線性響應(yīng)理論可以準(zhǔn)確地得到整個(gè)布里淵區(qū)的聲子色散、晶體材料的拉曼與紅外光譜，對(duì)實(shí)驗(yàn)

2、具有重要的指導(dǎo)意義。 釩是一個(gè)典型的多價(jià)過(guò)渡金屬元素，可形成多種氧化物，其中V2O5受到了最多的關(guān)注。特殊的晶體結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性質(zhì)使得V2O5在很多領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。本文利用第一性原理方法對(duì)V2O5的三種相結(jié)構(gòu)的電子能帶、晶格振動(dòng)特性等進(jìn)行了細(xì)致地研究，得到了一系列與實(shí)驗(yàn)相符的結(jié)果，并首次對(duì)α相向β相轉(zhuǎn)變過(guò)程中拉曼光譜的變化做出了理論的預(yù)測(cè)。 本論文所開(kāi)展的主要工作和所獲得的主要?jiǎng)?chuàng)新性成果有： 1.綜合密度微

3、擾理論和固體物理學(xué)相關(guān)知識(shí)，建立了完整的第一性原理方法計(jì)算單晶材料拉曼光譜的方法，并對(duì)該計(jì)算方法的具體實(shí)現(xiàn)做了初步地研究。 2.計(jì)算了α-，β-，γ-V2O5的電子能帶結(jié)構(gòu)。所得到的α-V2O5的帶隙值(2.30eV)與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值一致；得到的β-V2O5的間接帶隙為1.66 eV，并發(fā)現(xiàn)β-V2O5的電子遷移率高于α-V2O5；通過(guò)對(duì)計(jì)算得到的α-，β-，γ-V2O5能帶結(jié)構(gòu)的對(duì)比，得到了V2O5能帶結(jié)構(gòu)與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系。