基于第一性原理的固氦零点振动能的量子理论计算

基于第一性原理,运用原子团簇理论和Hartree-Fock Self-Consistent-Field从头算法计算了高压固氦hcp结构在平衡位置r=1.75-2.6Å附近的原子相互作用能,并使用1stOpt软件拟合出固氦的零点振动频率,得到零点振动能、Gruneisen系数及零点振动压强,最后与实验值做了比较.结果表明：固氦晶体在其各自平衡位置附近的运动可近似为简谐振动;固氦晶体的零点振动频率随着摩尔体积的增大而减小;零点振动能占多体相互总能的比例超过5%,已不可忽略,其比例随摩尔体积的增加而增大;零点振动能随原子间距和摩尔体积的增大而减小;Gruneisen系数随着摩尔体积的增大而增大,并始终处于1和2之间;零点振动引起的压强与实验值曲线趋势完全一致,但比实验值稍小,零点振动压强对总压强的贡献随着摩尔体积的增大由8%增大到50%左右,由此引起的零点振动压强值的贡献越来越大.     

高压下钼的声子色散的改进分析型嵌入原子法研究北大核心CSCD

应用改进分析型嵌入原子法模型计算了不同高压下金属钼的原子力常数和动力学矩阵,重现了压强下金属钼沿[00ζ]、[0ζζ]和[ζζζ]3个高对称方向上声子色散的实验结果,预测了钼在压强分别为60、80和100 GPa时的声子色散曲线。结果表明:压强分别为0.1 MPa、17 GPa和37 GPa时金属钼的声子色散曲线的模拟结果和实验值符合较好,特别在低频附近二者几乎一致,而在布里渊区的边界点附近,两者在数值上略有差异;在压强分别为60、80和100 GPa时所预测的声子色散曲线和常压下声子色散曲线的形状都非常相似;高压下所有振动支的振动频率均高于常压下的振动频率,且振动频率随压强的增大而增大。     

高压下钼的声子色散的改进分析型嵌入原子法研究

应用改进分析型嵌入原子法模型计算了不同高压下金属钼的原子力常数和动力学矩阵,重现了压强下金属钼沿[00ζ]、[0ζζ]和[ζζζ]3个高对称方向上声子色散的实验结果,预测了钼在压强分别为60、80和100 GPa时的声子色散曲线。结果表明:压强分别为0.1 MPa、17 GPa和37 GPa时金属钼的声子色散曲线的模拟结果和实验值符合较好,特别在低频附近二者几乎一致,而在布里渊区的边界点附近,两者在数值上略有差异;在压强分别为60、80和100 GPa时所预测的声子色散曲线和常压下声子色散曲线的形状都非常相似;高压下所有振动支的振动频率均高于常压下的振动频率,且振动频率随压强的增大而增大。     

四体相互作用对固氦压缩特性的贡献

运用从头计算自洽场方法和原子团簇理论计算了高压下固氦原子间的四体势分量.计算结果表明四体分量对结合能的贡献为正；随着压缩度增大四体势的贡献比例变大.采用两体、三体、四体势和Aziz吸引势计算固氦零温状态方程并与实验测量相比较，结果表明两体势对固氦的压缩性贡献了过多的正效应，加入三体分量的修正，仅在低于10GPa时理论值与实验值相符很好，但考虑了四体势修正后能将理论值与实验值符合程度提高到 27GPa. 关键词： 状态方程 固氦 四体势 从头计算     

高压固氩物态方程的量子理论计算

基于第一性原理,运用ab initio超分子单、双(三)重激发耦合簇理论(CCSD(T))和aug-cc-pVQZ基矢,精确计算了fcc晶体固氩在最近邻原子间距R=0.20~0.39nm时的两体、三体和四体结合能,零点振动能及物态方程。结果表明:固氩的多体势对结合能的贡献在高压区域是一正负交叉级数;零点振动能占多体相互总能的比例较小,但不可忽略;在高压区域,只考虑两体势时对固氩的压缩特性表现过硬,加入三体势后与实验结果在60GPa内完全吻合,考虑到四体势后对整个实验区间0~114GPa内做出令人满意的描述,且在压强达到114GPa时与实验值相差约3GPa,吻合程度达到97%。最后,通过与密度泛函理论的局域密度近似和广义梯度近似方法比较发现,泛函理论(DFT)只有在50~114GPa范围内与实验值符合较好,不如本研究所采用方法适用的压强范围宽。     

MX络合物中的晶格零点振动

利用自洽重整化方法,研究了不同电-声藕合作用下MX络合物中晶格零点振动对电荷密度波(CDW)的影响。对聚乙炔,无论电-声耦合作用强弱,键序波(BOW)总存在。而对MX络合物,计算表明,量子起伏对CDW的削弱作用依赖于电-声耦合作用的强弱。当电-声耦合作用强时,CDW的削弱小;相反,当电-声耦合作用弱时,CDW削弱大,甚至几乎被破坏。这一差异来源于以下事实,即在弱电-声耦合λ情况下,聚乙炔中光学模声子频率随λ^1/2减小,而在MX络合物中光学模声子频率与其裸值ω₀差 关键词：     

二维三组元声子晶体中的半狄拉克点及奇异特性

设计了一种二维三组元声子晶体结构, 利用偶然简并的方法在布里渊区中心实现了半狄拉克点, 探究了随着组元几何参数的改变半狄拉克点的演变过程. 利用有限元方法研究发现在半狄拉克点频率附近沿着ΓX 方向声子晶体表现出与零折射率材料相似的行为, 许多奇异特性如单向透射等均可以观察到. 另外还发现在半狄拉克点频率附近声子晶体是各向异性的, 沿着不同方向声波的传播现象是不同的, 这种特性是狄拉克点及类狄拉克点所不具备的. 这种各向异性的声波传播特性有许多重要的应用, 如单方向完美透射和单方向波前整形等.     

基于CdSe/ZnS量子点薄膜结构的高双折射光子晶体光纤的色散与损耗控制

基于有限元法,设计了一种六边形排列含CdSe/ZnS量子点薄膜结构的高双折射光子晶体光纤,分析了具有不同厚度CdSe/ZnS量子点薄膜光子晶体光纤的色散及损耗特性.结果表明,含CdSe/ZnS量子点薄膜结构的光子晶体光纤在x和y方向均存在基模.当泵浦光波长逐渐增加时,具有相同厚度CdSe/ZnS量子点薄膜光子晶体光纤的双折射值逐渐增大,x和y方向总色散先增大后减小且存在两个零色散点,损耗逐渐增大并在可见光波段趋近于零;具有不同厚度CdSe/ZnS量子点薄膜光子晶体光纤随CdSe/ZnS量子点薄膜厚度的增加,在相同泵浦光波长处,双折射值逐渐减小,x和y方向总色散逐渐减小且两个零色散点逐渐靠近,损耗逐渐增大.通过沉积不同厚度CdSe/ZnS量子点薄膜和选择合适泵浦光波长,可有效控制光子晶体光纤的色散和损耗.     

Majorana零模式的电导与低压振荡散粒噪声

Majorana零能量模式是自身的反粒子,在拓扑量子计算中有重要应用.本文研究量子点与拓扑超导纳米线混合结构,通过量子点的输运电荷检测Majorana零模式.利用量子主方程方法,发现有无Majorana零模式的电流与散粒噪声存在明显差别.零模式导致稳态电流差呈反对称,在零偏压处显示反常电导峰.电流差随零模式分裂能的增大而减小,随量子点与零模式耦合的增强而增大.另一方面,零模式导致低压散粒噪声相干振荡,零频噪声显著增强.分裂能导致相干振荡愈加明显且零频噪声减小,而量子点与零模式的耦合使零频噪声增强.当量子点与电极非对称耦合时,零模式使电子由反聚束到聚束输运,亚泊松噪声增强为超泊松噪声.稳态电流差结合低压振荡的散粒噪声能够揭示Majorana零模式是否存在.     

也谈谐振系统的势能和总能公式的适用性

用E=1/2kA^2求振幅A时必须选择谐振系统的平衡位置作为系统所有势能的零点，否则利用该式求出的振幅是错误的，其根本原因在于只有令谐振系统在平衡位置时系统的总势能为零，则任意位置时系统的总势能才有一固定公式Ep=1/2kx^2该公式反映的是系统和平衡位置相比较由于振动而具有的势能，可以称它为振动势能，且该公式具有普适性．     

Lattice-dynamical functions of solids at very high pressures

Abstract

Vibrational spectra of face-centered cubical (f.c.c.) solids are investigated at the pressure region, where the quantum-statistical model for the electron energy is applicable. Phonon dispersion curves are obtained for different values of the specific volume. The integration of the phonon spectra over the Brillouin zone yields the zero-point vibrational energy, the Debye temperature, the Gruneisen coefficient, mean-square amplitude of zero-point and thermal vibration, the melting temperature. All quantities under consideration are calculated from the universal functions of the reduced volume, using the scaling relations for given atomic number 2.     

On gravitational fluctuations of quantum vacuum interacting with photons

An upper bound for the photon mass is calculated by regarding photons under the action of a gravitational field within the framework of fluctuations in the quantum vacuum. Furthermore, some considerations upon zero-point energy are made in order to estimate interaction range in terms of distance.     

固氖高压物态方程的量子理论计算

 运用Hartree-Fock计算方法和原子团簇理论,研究了高压下面心立方晶体氖中的二体相互作用、三体相互作用对中心原子势能及冷能的贡献。结合零点振动能,计算得到了固氖在4~208 GPa压强范围内的等温物态方程。结果表明,在较高压强区域内,等温压缩线与高压实验数据符合得非常好;在压强超过100 GPa的区域内,计算得到的等温压缩线较目前已有的理论研究结果系统地改善并提高了3%~5%,精确地解释了固氖的高压实验数据。     

多体相互作用对高压固氦状态方程的影响

采用量子化学自洽场方法及原子团簇理论对固氦晶格原子势能进行多体展开，定量确定了最近邻原子间距R在0.26—0.175nm之间，短程的两体到五体相互作用对晶体结合能及压缩特性的贡献，并对不同间距下多体展开式的截断位置进行了讨论. 结果表明：当最近邻原子间距R在0.26—0.175 nm之间取值，在具有hcp相结构的晶格中，氦原子势能的多体展开式是一收敛的交错型级数，该级数中两体项、四体项为正值，而三体项、五体项为负值. 当R在0.26—0.23 nm之间取值时, 仅保留级数中两体和三体项就能很好地描述晶格原子势能；当R在0.23—0.20 nm之间取值，多体展式需要展开到四体相互作用项；当R在0.20—0.175 nm之间取值必须再加入五体项贡献. 考虑到五体相互作用后，理论计算已能圆满地解释目前固氦等温压缩数据，其最大压力达 60GPa. 关键词： 固氦 状态方程 多体相互作用     

Estimation of anharmonic parameters, molecular radius, Mr and Beyer's non-linearity parameter, B/A in TBnA series

The thermodynamic parameters like Moelwyn-Hughes parameter (C₁), reduced molar volume (V^~), isochoric temperature coefficient of internal pressure (X), Huggin's parameter (F), Gruneisen parameter (Γ_p), isothermal microscopic Gruneisen parameter, Sharma parameter (S_o), fraction free volume (f) and (A^?) a dimensionless thermal parameter, etc and the Beyer's nonlinearity parameter (B/A) were deduced employing the thermal expansion coefficient derived from density data for the homologues series of compounds terephthalyidene-bis-p-n-alkyl anilines, TBnA with n = 5 to 10,12,14,16 and 18. Further, it is found that the variation of molecular radius, M_r increases with the increase of alkyl chain number, with a core radius of 4.78 Å and the increment for methylene unit is 0.086 Å . The results were discussed with the body of the data available.     

The Gruneisen parameter for silver azide

A first-principle procedure is proposed to determine the Gruneisen parameter for a crystal by calculating the external pressure and the vibration spectrum as functions of the volume of a unit cell. In the gradient approximation of the electron density functional theory, on the basis of a linear combination of atomic orbitals, the elastic and the thermodynamic Gruneisen parameters of silver azide, which decrease with volume (with increasing pressure), are calculated with the use of the CRYSTAL09 code. The equilibrium values of the parameter γ₀ for various cold equations of state of crystals and for the thermodynamic models used are, respectively, ~2.3 and 1.6.     

Solid hydrogen. Ground-state energy,pressure, compressibility and phase transition at high densities

The ground-state energy, the pressure and the compressibility of solid molecular hydrogen is calculated by means of a modified Brueckner theory. The Bethe-Gold-stone equation is solved to give the reaction matrix or the effective interaction in coordinate space, and the ground-state energy for hcp and fcp hydrogen is calculated. Also, the pressure and the compressibility is estimated from the dependence of the ground-state energy on density or molar volume. The possibility of a phase transition from solid molecular hydrogen into a metallic atomic phase is also considered. The ground-state energy and pressure for bcc atomic hydrogen is calculated, and a phase transition is found to occur at a pressure of 1.2·10⁶ atm.     

Intermolecular forces in solid neon

Among the rare gas-solids, neon is the most interesting as it lies next to helium in the zero-group of elements and its properties are intermediate between solid helium and the heavy rare gas solids. It possesses considerable amounts of zero-point energy and it is expected that this largely modifies the operative interaction system in the solid unlike the one that exists in other members of this class of solids.This problem has been investigated with traditional and non-traditional potentials using conventional lattice dynamical model. Analysis of the results shows that the operative intermolecular forces in solids neon are different from that present in other rare gas-solids and may be dealt with on non-traditional lines.     

A zero-point energy approach for estimating the photon mass

An upper bound for the photon rest-mass is calculated on the basis of zero-point energy considerations within the context of fluctuations in the quantum foam, our results being compared with experimental data. Furthermore, some aspects related to energy spectrum are discussed.