计算声子谱以及热力学性质的综述
- 格式:pdf
- 大小:830.98 KB
- 文档页数:19
使用ABINIT计算Si的热力学性质HHWJ340在ABINIT自带的例子中,有关于AlAs的声子谱计算。
这里给出如何使用ABINIT计算简单的材料Si的声子谱过程。
1.基态计算必须先计算基态,这是下面一系列计算的基础。
一般来说需要对acell,K点和ecut的参数进行优化,因为ABINIT自带的例子中有关于Si的计算,这里就直接读取。
这样基态计算的输入文件为:2.使用相应函数方法计算总能量对原子位置的二阶导数需要上一步计算得到WFK文件,将文件名中的“o”改为“i”。
计算文件为:3.Gamma点声子频率的计算没有LO-TO的分离,无需引入极化场。
计算结果为:参考文献:Ab initio calculation of phonon dispersions in semiconductors.P.R.B.1991.3,43-9上给出的结果为:GammaTO:517,GammaLO:517.这里计算的结果为514.4.计算X点的声子输入文件:计算的结果为:文献(同上)上的结果为:X TA:146,X LA:414,X TO:466,X LO:414.5.计算声子谱5.1生成所需要的q wavevectors setq-set由一个GS计算得到。
输入文件如下:计算得到16个点,如下,5.2生成derivative database(ddb)这个计算需要很长的时间。
5.3使用MRGDDB合并DDB文件输入文件如下:5.4使用ANADDB工具计算声子谱计算生成freq文件,使用band2eps可以生成图像文件,band2eps 输入文件为:最后得到声子谱为:文献(同上)上的结果如下:。
声子谱计算范文声子谱计算是一种用于研究固体材料的震动模式的计算方法。
声子谱提供了材料中原子振动的频率与波矢的关系,可以帮助我们理解材料的热传导、电传导以及其他与振动有关的性质。
下面我将详细介绍声子谱计算的方法和应用。
基于第一原理计算方法的声子谱计算是通过求解材料中原子的动力学方程来得到的。
在DFT方法中,使用了材料中原子核与电子的交互作用势能,以及近似的Kohn-Sham方程。
声子频率可以通过求解动力学方程得到的材料晶格振动特征值来计算。
这些计算通常需要高性能计算机和复杂的计算算法。
另一种方法是基于经验参数的声子谱计算,如分子力场方法。
在这种方法中,使用了一组经验参数来描述原子之间的相互作用,包括键长、键角以及势能函数等。
这些参数可以通过实验数据进行拟合获得。
声子频率可以通过求解牛顿方程来计算。
声子谱计算可以用于研究许多材料的物性,如固体的热传导、热膨胀、电导率以及光学特性等。
通过计算材料的声子谱,我们可以得到材料的振动模式、声子群速度以及散射率等信息。
这些信息对于理解材料的热传导机制、设计新的材料以及预测材料性能具有重要的意义。
例如,在研究热传导领域,声子谱计算可以帮助我们理解高热导材料的热传导机制。
通过计算材料的声子谱,我们可以得到声子群速度和散射率等信息,从而进一步计算材料的热传导系数。
这样,我们可以预测材料的热传导性能,并为设计高热导材料提供指导。
另外,声子谱计算还可以用于研究材料的光学性质。
通过计算材料的声子谱,我们可以得到材料的振动模式和电磁波的相互作用的力常数矩阵。
从而可以计算材料的光学性质,如折射率、吸收谱以及红外活性等。
总之,声子谱计算是研究材料振动模式的重要方法。
通过计算材料的声子谱,我们可以得到材料的振动特性和材料的性质之间的关系。
这种方法在材料科学研究和材料工程设计中具有广泛的应用前景。
声子模式与晶体热学性质的实验研究声子是固体中的一种基本的激发模式,它对于理解晶体的热学性质具有重要意义。
本文通过实验研究,探讨了声子模式与晶体热学性质的关系,并对其机制进行了分析。
1. 实验方法实验中我们选择了一种具有典型晶体结构的样品进行研究,通过声子谱仪测量了其声子模式的分布情况。
声子谱仪是一种用于测量声子能谱的仪器,通过测量晶体中声子的频率和强度,可以得到声子模式的信息。
在实验中,我们对不同温度下的样品进行了测量,并分析了声子模式随温度的变化规律。
2. 声子模式与晶体振动声子模式是晶体中原子振动的一种表现形式。
晶体中的原子通过键连结在一起,它们围绕平衡位置做微小的振动,形成了声子模式。
不同的声子模式对应于不同的原子振动方式,如长波模式、短波模式、光学模式等。
这些声子模式的频率和强度决定了晶体的热学性质。
3. 声子模式与晶体热导率声子模式对晶体的热导率起到了重要作用。
声子的传播受到晶格的散射和声子之间的相互作用的影响。
声子模式中频率较高的声子在传播过程中容易受到散射,而频率较低的声子对晶体的热导率贡献较大。
因此,声子模式的分布与晶体的热导率密切相关。
4. 实验结果与分析通过声子谱仪的测量,我们得到了样品在不同温度下的声子模式谱。
实验结果表明,随着温度的升高,低频声子模式的强度逐渐增加,而高频声子模式的强度减弱。
这说明在高温下,声子在晶体中的传播受到了更多的散射,导致声子模式的减弱。
同时,低频声子的能量更容易被传递,从而影响晶体的热传导性能。
5. 声子模式与晶体性质的应用声子模式对于理解和设计具有特殊热学性质的材料具有重要意义。
例如,一些材料的声子模式分布呈现出能隙结构,这种材料被称为声子晶体,具有特殊的声子传播性质。
声子晶体在光子学、声学调控等领域具有广泛的应用前景。
此外,通过调控声子模式的分布,还可以优化材料的热导率,提高能量转换效率,用于热电材料、热障涂层等领域。
6. 结论声子模式是晶体中振动的一种表现形式,通过实验研究我们可以了解其与晶体热学性质之间的关系。
V ASP+FROPHO 计算晶体材料声子谱及热性能梁超平(liangchaoping@), May. 2010作者简介:梁超平,中南大学粉末冶金研究院07级硕士研究生,师从龚浩然教授,主要研究方向为计算材料学算法编程及材料跨尺度计算模拟。
目录一、编译fropho (1)二、一个简单的算例:BCC Zr的声子谱以及声子态密度 (2)简介Fropho是一个使用Fortran语言编写用于实现晶体声子分析程序。
它目前提供了V ASP 、 Wien2K 的接口用来计算原子受力,通过分析原子受力得到力常数矩阵。
从而根据力常数矩阵进行材料的声子谱及热性能分析。
其主要功能有:计算声子色散谱;计算声子态密度,包括分立态密度;声子热力学性质,包括自由能,热容量,焓。
接下来简要介绍程序的编译,通过一个简单的算例来介绍它的使用方法。
一、编译fropho1. 编译Fropho需要lapack数学库文件。
因此首先从 下载lapack-3.2.gz;2. 使用sftp上传至远程服务器;3. 解压缩lapack-3.2.gz;@node64:~> tar -zxvf lapack-3.2.gz4. 进入lapack-3.2,将make.inc.example 拷贝成make.inc@node64:~/lapack-3.2> cp make.inc.example make.inc5. 修改make.inc和Makefile将make.inc第22和26行改为ifort或者pgf90编译器,这样运算速度更快,这里的编译器要跟后面编译fropho一致。
然后将Makefile第11行注释掉,打开第12行6. 使用make lib 安装数学库,转好后在当前目录产生lapack_LINUX.a、blas_LINUX.a和tmglib_LINUX.a。
@node64:~/lapack-3.2> make lib7. 安装fropho从/ 下载fropho-1.3.3.tar.gz8. 解压缩;@node64:~/fropho> tar -zxvf fropho-1.3.3.tar.gz9. 进入fropho-1.3.3并configure设置好相应的编译器和链接数学库,链接这两个数学库的顺序不能错,不然不能使用;@node64:~/fropho/fropho-1.3.3> ./configure --prefix=where do you want to install fropho FC=ifort LIBS= "/your lapack-3.2 direction/lapack-3.2/liblapack.a your lapack-3.2 direction/lapack-3.2/libblas.a"10. 然后make;@node64:~/fropho/fropho-1.3.3>make@node64:~/fropho/fropho-1.3.3>make install11. 编译rubytools,进入rubyTools目录;@node64:~/fropho/fropho-1.3.3/rubyTools> ./makeTools.sh12. 大功告成,安装圆满完成了。
phonopy中文使用说明Phonopy是一个由python实现的晶体声子;计算声子色散谱;;计算声子态密度,包括分立态密度;;声子热力学性质,包括自由能,热容量,焓;;Phonopy通过力常数的方法计算声子谱;同样类型的程序还有phon,fropho,pho;Phonopy是使用python 以及C等高级语言;Phonopy使用python的matplotl;在自己的pc机安装winPhonopy 是一个由 python 实现的晶体声子分析程序。
它是目前提供了 VASP 的 Wien2k 的接口用来计算原子受力。
它的主要功能有:计算声子色散谱;计算声子态密度,包括分立态密度;声子热力学性质,包括自由能,热容量,焓;Phonopy 通过力常数的方法计算声子谱。
力常数由计算原子在超晶胞中被移动后的受力得到(Parlinsk-Li-Kawasoe 方法)。
同样类型的程序还有phon, fropho, phonon. 其中 phonon 是商业软件,卖的很贵,fropho和phonopy的代码其实都是来自于phon, fropho是为了代替phon而开发的,目的是为了使用phon更方便,phon和fropho主要都是由fortran开发的,而现在fropho已经停止开发,由 python 开发的phonopy代替了fropho, phonopy在使用上更为方便,在计算量上更为减少。
因为phon, fropho和 phonon 在移动原子位置时都是一次只移动一个原子的一个方向,而phonopy则可以一次移动一个原子的多个方向,所以和其它程序相比, phonopy最多可以减少 2/3 的计算量。
Phonopy是使用python以及C等高级语言编写的用于计算声子谱的程序,它可以很方便地在现有的unix或linux操作系统上进行安装。
它利用VASP等第一性原理计算程序来计算有限位移下的原子受力,然后利用phonopy程序处理原子受力获得声子谱。
二维材料声子谱的计算概述说明以及解释1. 引言1.1 概述二维材料是一类具有特殊结构和性质的材料,其在纳米科技领域引起了广泛的关注。
声子谱作为描述材料中晶格振动的重要性质之一,对于理解和预测材料的热学、力学和电子等性质具有重要意义。
近年来,随着计算方法的进步和计算机的发展,通过计算模拟手段来研究声子谱已成为一种有效和可行的方式。
1.2 文章结构本文旨在对二维材料声子谱的计算进行概述和说明,并进行相关解释。
文章主要分为五个部分:引言、二维材料声子谱的计算、二维材料声子谱的计算概述、二维材料声子谱的解释和特征分析以及结论与展望。
1.3 目的本文旨在系统地介绍二维材料声子谱的计算方法,并对常用的计算工具与软件进行简要介绍。
同时,将对不同方法进行分类与选择,并比较其优缺点,以便读者选择合适的方法来研究其感兴趣的问题。
另外,在解释和分析声子谱的特征时,将重点关注能量和强度分布的解读方法、界面效应以及应变和温度对声子态密度的调控等方面。
最后,本文还将展望二维材料声子谱计算在新能源与纳米器件中的应用前景,并总结文章的主要内容。
以上就是本文“1. 引言”部分的详细内容介绍。
2. 二维材料声子谱的计算2.1 声子谱的概念和重要性声子谱是指描述物质中声子模式能量与动量关系的图谱。
声子是晶格振动的一种模式,其能量与分布对于材料的热传导、热容和电输运等性质具有重要影响。
因此,理解和计算二维材料的声子谱对于深入了解其热学、电学和力学性质具有关键意义。
2.2 声子谱计算方法的分类与选择求解二维材料声子谱有多种计算方法,包括第一原理(DFT)方法、力常数及倒空间格点法以及基于分子动力学(MD)模拟和经验势方法等。
每种方法都有其适用范围和局限性。
在选择合适的计算方法时,需要考虑时间效率、精度以及所需输入信息等方面。
2.3 常用的计算工具与软件介绍针对二维材料声子谱计算,已经开发了许多广泛应用的软件工具。
其中,VASP (Vienna Ab initio Simulation Package)、Quantum ESPRESSO和Phonopy 等是目前常用且功能强大的计算工具。
声子谱计算声子谱计算(phonon spectrum calculation)是固体物理学和材料科学领域的一项重要研究领域,它可用于描述材料的振动、热力学性质和晶格稳定性等方面的性质。
声子谱计算的基本目的是获得固体物质中的声子模式(phonon modes),并研究这些模式的频率、振幅、纵横波性质等。
声子谱计算可以通过多种方法实现,其中最广泛使用的是密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)和分子动力学模拟(Molecular Dynamics,MD),而最近发展的机器学习方法(Machine Learning,ML)也得到了一定的应用。
在DFT方法中,基态电子结构体系的总能量可以由Kohn-Sham方程求解,并进一步获得声子谱。
基于DFT的声子谱计算可分为两大类方法:第一类是线性响应方法(linear response approach),其中最广泛使用的是密度泛函微扰理论(Density FunctionalPerturbation Theory,DFPT)。
DFPT方法基于声子谐振子(the harmonic approximation),并在静态晶格上加上微小扰动,再通过求解对应的Kohn-Sham方程组来获得声子谱。
第二类是非线性方法,其中最常见的是魏恩法(Wien2k)和全势线性化缀加平面波方法(Full Potential Linearized Augmented Plane Wave,FLAPW)。
在MD方法中,分子动力学算法被广泛应用于模拟热力学行为,并获得固体中的声子谱。
MD声子谱计算方法的优点在于可以考虑非谐效应,并获得高温下的声子谱信息。
但是,与DFT方法相比,MD方法通常需要较长的计算时间,并且需要大规模的计算资源。
机器学习方法是在研究领域中越来越受欢迎。
使用机器学习来处理材料的声子谱计算可以使计算更高效、更精确。
在材料科学领域中,机器学习可以用于晶格动力学、声学性能和晶体结构分析等方面。
晶体的声子谱与热学性质的关联研究晶体是由排列有序的原子、离子或分子组成的固态材料,其所具有的声子谱与热学性质之间存在着密切的关联。
声子谱是描述晶体中声子的能量、频率以及振动模式等特性的一种表示方式,而热学性质则指的是晶体在温度变化下的热传导、热容等与热相关的物理性质。
通过研究晶体的声子谱与其热学性质之间的关联,可以深入理解晶格振动对晶体热学行为的影响,进而为材料科学领域的热管理和能源转化等方面的应用提供理论指导。
一、晶体声子谱的基本概念和研究方法声子是晶体中的一种准粒子,代表着晶体中原子或者分子的振动模式。
晶体的声子谱可以被看作是晶格振动频率的集合,在研究晶体声子谱时,常用的方法包括X射线散射、中子散射、红外光谱等。
这些技术能够通过测量晶体中散射光子的能量或者动量来确定声子的频率和波矢。
此外,理论计算方法如基于密度泛函理论的第一性原理计算也是研究晶体声子谱的重要手段。
二、声子谱与热导率的关联研究热传导是晶体中热学性质的重要指标之一,也是许多应用中关注的焦点。
声子谱与热传导之间存在着密切的联系。
晶体中的声子能量与其频率之间存在着简单的线性关系,即E = hν,其中E为声子能量,h为普朗克常数,ν为声子频率。
而热导率与声子频率之间的关联关系在经典模型中可以通过维达定理和玻尔兹曼输运方程来描述。
根据这些理论,声子传导的速率与声子频率以及相应的声子态密度有关。
因此,通过研究晶体的声子谱,可以预测其热导率的一些基本行为,并为实现材料的高效热导或者低热导提供指导。
三、声子谱与热容的关联研究晶体的热容是指单位质量的晶体在温度变化下吸收或者释放的热量。
声子谱与晶体的热容之间也存在一定的关联。
根据维达定理,晶体的热容可以表达为声子态密度的积分形式。
由于声子的能量与频率成正比,因此声子态密度与声子谱之间也可以建立直接的联系。
进一步分析声子谱中不同频率区域的态密度分布,可以揭示晶体在不同温度下热容的变化趋势,为晶体热学性质的调控提供理论依据。
Phonopy是一个用于计算晶体的声子谱和热力学性质的软件包。
通过使用Phonopy,你可以从声子谱中得到晶体的焓。
要使用Phonopy计算晶体的焓,首先需要进行声子谱计算。
声子谱计算是通过求解晶体的动力学矩阵来得到的,可以使用第一性原理计算方法( 如密度泛函理论)或经验力场方法 如分子动力学模拟)进行。
一旦得到了声子谱,你可以使用Phonopy提供的工具来计算晶体的热力学性质,包括焓。
Phonopy提供了一个名为"phonopy-thermal-properties"的工具,可以通过输入声子谱和温度范围来计算晶体的热力学性质,包括焓。
具体来说,你可以使用以下命令来计算晶体的焓:
phonopy-thermal-properties --tmax [最高温度] --tstep [温度步长] --mesh [网格大小] [声子谱文件]
其中,[最高温度]是你希望计算的最高温度,[温度步长]是温度的间隔,[网格大小]是用于计算积分的网格大小,[声子谱文件]是你之前计算得到的声子谱文件。
通过运行上述命令,Phonopy将会计算出晶体在给定温度范围内的热力学性质,包括焓。
计算完成后,你可以在输出文件中找到相应的结果。
需要注意的是,计算晶体的焓是一个相对复杂的过程,需要考虑多种因素,如晶体的结构、温度范围、网格大小等。
因此,使用Phonopy计算晶体的焓可能需要一些专业知识和经验。
如果你对这方面不太熟悉,建议参考Phonopy的官方文档或寻求专业人士的帮助。
1。
AlN晶体声子谱及其热学性能的第一原理计算郭连权;张智勇;刘嘉慧;冷利;李大业;林琳【期刊名称】《沈阳工业大学学报》【年(卷),期】2013(035)006【摘要】针对AlN晶体的声子谱和热学性能,采用密度泛函理论、第一性原理以及ABINIT软件进行了理论计算,得到了A1N晶体的声子谱以及内能、质量定容热容、熵和自由能与温度的关系曲线,并对曲线进行了理论分析.计算结果表明:A1N晶体的声子谱有12条曲线,其中3支为声学波,9支为光学波,并且形成了一光学带隙.AlN晶体的内能随着温度的增加而增加;质量定容热容起初随着温度的增加而较快地增加,后来逐渐达到稳定值;熵随着温度的增加也在增加,并且关系曲线有一定的弯曲;自由能随着温度的增加在不断地减小.以上计算结果与物理规律具有一致性.【总页数】5页(P630-634)【作者】郭连权;张智勇;刘嘉慧;冷利;李大业;林琳【作者单位】沈阳工业大学理学院,沈阳110870;沈阳工业大学理学院,沈阳110870;沈阳工业大学基础教育学院,沈阳110870;沈阳工业大学理学院,沈阳110870;沈阳工业大学基础教育学院,沈阳110870;沈阳工业大学理学院,沈阳110870【正文语种】中文【中图分类】TB303【相关文献】1.Aln(n=2~24,55)团簇结构特性的第一原理计算 [J], 李贵发;彭平;仇治勤;杨峰;韩绍昌2.B1结构MoN和WN晶体声子谱的计算 [J], 陈胜华3.氯化钾晶体声子谱的唯象计算 [J], 苏国珍4.利用第一原理计算铝声子的光谱 [J], 刘子江;程新路;杨向东;吴海英;葛素红5.AlN纳米线阵列的光学性质及第一原理计算 [J], 李志杰;王晓艳;田鸣;张旭东;杨林因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
Phonopy 计算声子谱(2010-02-07 11:03)注明:numpy , numpy-dev matplotlib python-lxml python-yaml其中numpy和matplotlib在安装vasputil(为了装ase)已经安装过了。
所有本人先找到python-lxml-1.3.4-1.el5.rf.x86_64.rpm python-yaml-3.05-1.el5.rf.noarch.rpm安装,装好以后便安装phonopy,报错找不到numpy下的arrayobject.h,原来是找不到numpy的include,export CPPFLAGS=-I/usr/lib64/python2.4/site-packages/numpy/core/include 顺便指定一下libexport LDFLAGS=-L/usr/lib64/python2.4/site-packages/numpy/lib然后找到了,在编译phonopy: python setup.py install --home=.,有一些警告,可能是没有安装numpy-dev的缘故,在网络上搜numpy-dev包,居然没有。
只有numpy-1.2.1-2.el5.src.rpm。
郁闷,我的numpy已经关联不能删除了,那还是用src包产生一个numpy-devel先。
编译src时说少了atlas-devel-3.8.3-1.el5.x86_64.rpm,还好有的下。
装了atlas-devel-3.8.3-1.el5.x86_64.rpm后,再: rpm -i numpy-1.2.1-2.el5.src.rpm 然后到/usr/src/redhat/SPECS rpmbuild –bb numpy.spec以为可以得到numpy-devel,到/usr/src/redhat/RPMS/x86_64却没有。
哎!!!!!!!可是到官网仔细看看却是不需要numpy-devel,看来下来的介绍这点上有误,其余的都是正确的。
linux声子谱计算结论
根据我所了解的信息,Linux声子谱计算是一种用于研究固体
材料中声子振动(声子)行为的计算方法。
声子谱计算能提供关于固体材料的声子能量和频率等信息,有助于研究材料的热传导性质、热稳定性以及其他固体的物理性质。
通过Linux声子谱计算,可以得到材料的声子密度状态、声子
能带和声子色散关系等信息。
这些信息对于了解材料的热导率、热膨胀系数和热容等热传导相关性质非常重要。
从计算结果中,可以得到声子谱的特征,包括声子能级与频率之间的关系、声子模的振动方式和振动频率等。
通过这些信息,可以了解材料中的声子行为,进一步研究材料的热力学性质和传热性能。
总的来说,Linux声子谱计算是一种重要的研究工具,可以提
供有关固体材料声子行为的详细信息,对于研究材料的热导率、热膨胀性质等具有重要的意义。