V-,2-O-,5-拉曼光譜的第一性原理計算.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簡單的第一性原理計算框架，其準(zhǔn)確性和強(qiáng)大的預(yù)測能力已被許多研究者所證實。最近提出的高效線性響應(yīng)理論使在任意倒易點陣陣點上計算力常數(shù)矩陣成為可能，而計算量僅僅跟自洽計算相當(dāng)。根據(jù)線性響應(yīng)理論可以準(zhǔn)確地得到整個布里淵區(qū)的聲子色散、晶體材料的拉曼與紅外光譜，對實驗

2、具有重要的指導(dǎo)意義。 釩是一個典型的多價過渡金屬元素，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V2O5的三種相結(jié)構(gòu)的電子能帶、晶格振動特性等進(jìn)行了細(xì)致地研究，得到了一系列與實驗相符的結(jié)果，并首次對α相向β相轉(zhuǎn)變過程中拉曼光譜的變化做出了理論的預(yù)測。 本論文所開展的主要工作和所獲得的主要創(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，建立了完整的第一性原理方法計算單晶材料拉曼光譜的方法，并對該計算方法的具體實現(xiàn)做了初步地研究。 2.計算了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)與實驗測量值一致；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；通過對計算得到的α-，β-，γ-V2O5能帶結(jié)構(gòu)的對比，得到了V2O5能帶結(jié)構(gòu)與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系。