由热学性质获取氩晶体原子间各阶力常数

本文基于晶格动力学和量子力学微扰理论推导了氩晶体的热膨胀系数和比热与原子间相互作用的各阶力常数之间的关系公式,在此基础上根据热膨胀系数和比热的数据计算了氩晶体内的原子间相互作用的各阶力常数,并根据这些力常数绘制了原子间相互作用势能曲线,经比对发现该势能曲线与Morse势能曲线能较好吻合,这表明,本文提出的从热膨胀系数和比热获取各阶力常数的方法是正确的。     

基于原子间相互作用的低温硅单晶负热膨胀机制的研究

运用晶格热膨胀的微扰理论,推导了硅晶体的热膨胀系数与原子间两体作用和三体作用的三阶力常数之间的关系公式,在此基础上对热膨胀系数的实验数据进行拟合,计算了硅晶体内的原子间两体和三体的三阶力常数,发现三体作用的三阶力常数为正数,是硅晶体在低温下具有负热膨胀性质的根本原因。计算与分析的结果表明,运用Stillinger-Weber模型得到的三阶力常数为负数,据此不可能计算得到低温下的负热膨胀系数,因此应该对该模型进行修正。     

基于原子间相互作用的低温硅单晶负热膨胀机制的研究

运用晶格热膨胀的微扰理论,推导了硅晶体的热膨胀系数与原子间两体作用和三体作用的三阶力常数之间的关系公式,在此基础上对热膨胀系数的实验数据进行拟合,计算了硅晶体内的原子间两体和三体的三阶力常数,发现三体作用的三阶力常数为正数,是硅晶体在低温下具有负热膨胀性质的根本原因。计算与分析的结果表明,运用Stillinger-Weber模型得到的三阶力常数为负数,据此不可能计算得到低温下的负热膨胀系数,因此应该对该模型进行修正。     

硅纳米晶体薄膜热膨胀性质的分子动力学研究

基于Stillinger-Weber势对硅纳米晶体薄膜的热膨胀性质进行了分子动力学模拟.研究表明,硅纳米晶体薄膜表面层原子的二聚现象引起薄膜收缩,而原子之间的非和谐势能引起薄膜膨胀;在约400K以下的低温段,由于硅纳米晶体薄膜表面层原子发生二聚的原子数目随温度的升高而明显增多,而原子间非和谐势能很小,故此时二聚主导热膨胀性质,热膨胀系数为负;在高温段(约400K以上),由于发生二聚的原子数目随温度升高不再显著地增加并渐趋于稳定,而原子间非和谐势能逐渐显著并主导热膨胀性质,故热膨胀系数为正.     

硅纳米晶体薄膜热膨胀性质的分子动力学研究

基于Stillinger-Weber势对硅纳米晶体薄膜的热膨胀性质进行了分子动力学模拟。研究表明,硅纳米晶体薄膜表面层原子的二聚现象引起薄膜收缩,而原子之间的非和谐势能引起薄膜膨胀;在约400K以下的低温段,由于硅纳米晶体薄膜表面层原子发生二聚的原子数目随温度的升高而明显增多,而原子间非和谐势能很小,故此时二聚主导热膨胀性质,热膨胀系数为负;在高温段（约400K以上）,由于发生二聚的原子数目随温度升高不再显著地增加并渐趋于稳定,而原子间非和谐势能逐渐显著并主导热膨胀性质,故热膨胀系数为正。     

固体的热膨胀系数

 本文由Grüneisen第二定则出发，采用普适能量函数作为原子间相互作用势能函数，计算立方晶体金属元素和几种NaCl型结构的碱卤晶体的线膨胀系数。计算值与实验值符合得很好。     

纳米晶体线的热膨胀性质

将原子间相互作用势的非谐项作为微扰,运用声子数表象中的晶格原子振动位移和晶格振动哈密顿公式,推导了纳米晶体线的热膨胀系数公式,并进行了数值计算.研究结果表明,纳米晶体线越细,其热膨胀系数越大.     

用修正的TT势模型计算He-He原子间近程相互作用势

本文从原子间相互作用的物理本质出发,用修正的Tang-Toennies（TT）势模型计算了He-He原子间相互作用的van der Waals势．结果显示修正后的势模型在平衡间距附近及远程部分仍然给出了势能曲线的准确结果,在近程部分则较之TT势给出了与实验符合得更好的结果．     

多参考组态相互作用方法研究ZnHg低激发态(1Ⅱ,3Ⅱ)的势能曲线和解析势能函数

采用多参考组态相互作用方法计算了ZnHg二聚体两个低激发Ⅱ态(1Ⅱ,3Ⅱ)的原子间相互作用势能曲线.用Murrel-Sorbie函数拟合得到了相应的解析势能函数,并用其计算力常数,进而确定了光谱常数.所得结果与仅有的理论工作进行了比较.基于所得势能曲线,通过解分子中原子核运动的薛定谔方程预测了各电子态的振动能级.     

多参考组态相互作用方法研究ZnHg低激发态(~1∏,~3∏)的势能曲线和解析势能函数

采用多参考组态相互作用方法计算了ZnHg二聚体两个低激发∏态(1∏,3∏)的原子间相互作用势能曲线.用Murrel-Sorbie函数拟合得到了相应的解析势能函数,并用其计算力常数,进而确定了光谱常数.所得结果与仅有的理论工作进行了比较.基于所得势能曲线,通过解分子中原子核运动的薛定谔方程预测了各电子态的振动能级.     

A continuum thermal stress theory for crystals based on interatomic potentials

This paper presents a new continuum thermal stress theory for crystals based on interatomic potentials.The effect of finite temperature is taken into account via a harmonic model.An EAM potential for copper is adopted in this paper and verified by computing the effect of the temperature on the specific heat,coefficient of thermal expansion and lattice constant.Then we calculate the elastic constants of copper at finite temperature.The calculation results are in good agreement with experimental data.The thermal stress theory is applied to an anisotropic crystal graphite,in which the Brenner potential is employed.Temperature dependence of the thermodynamic properties,lattice constants and thermal strains for graphite is calculated.The calculation results are also in good agreement with experimental data.     

Lattice heat capacities of solid argon

An anharmonic rigid-atom model has been used to study the heat capacities of solid argon. The model derives the interatomic forces by BuckinghamCorner potential and takes account of all neighbour interaction. The contribution of the cubic and quartic terms of the potential energy expansion to the heat capacities have been accounted for through Helmholtz-free energy by perturbation theory. It is concluded that the model is most suitable among the ones designed for the class of solids to which argon belongs.     

金和银的晶格反演势的构建及应用

如何确定精确的原子间作用势一直是模拟计算的重要基础问题. 以面心立方金属金和银为对象, 采用第一性原理方法, 分别得到金和银的晶格内聚能-原子距离曲线及基态原子能曲线. 根据陈-莫比乌斯(Chen-Möbius)晶格反演理论和自编程序, 得到了精确的反演对势曲线. 对该曲线进行拟合, 通过比较不同势函数的拟合结果, 提出了双指数型的势函数解析式, 并得到具有全局性且高精度的拟合效果. 为了验证反演势的有效性, 利用反演势结果计算了金和银的声子谱并与Sutton-Chen提出的嵌入原子势和第一性原理计算得到的声子谱做比较. 分析表明, 反演势能够合理反映原子间的相互作用. 最后, 利用得到的结果, 计算了金和银的热膨胀系数和弹性模量等物理量, 计算结果与实验数据基本符合, 表明构建的金和银的反演势是准确有效的.     

Thermal expansion near plane and stepped surfaces

A theory of the thermal expansion of the plane and (11n) stepped surfaces of fcc crystals is presented. The temperature dependent relaxations arise from cubic anharmonic terms in the crystal potential energy. We show that the thermal expansion depends on the positions of the atoms with respect to the steps and is greatest for the atom of the upper corner. The knowledge of these new atomic positions at each temperature allows us to calculate new atomic force constants and then new vibrational properties at this temperature. The application is made for a Ni crystal for which we give the corrections, due to the thermal expansion, on the mean square displacements of stepped surface atoms. The variation with temperature of the optical modes due to a light monolayer is also presented.     

A molecular dynamics simulation: the effect of finite size on the thermal conductivity in a single crystal silicon

Non-equilibrium molecular dynamics (NEMD) simulations are performed to calculate thermal conductivity. The environment-dependent interatomic potential (EDIP) potential on crystal silicon is adopted as a model system. The issues are related to nonlinear response, local thermal equilibrium and statistical averaging. The simulation results by non-equilibrium molecular dynamics show that the calculated thermal conductivity decreases almost linearly as the film thickness reduced at the nanometre scale. The effect of size on the thermal conductivity is also obtained by a theoretic analysis of the kinetic theory and formulas of the heat capacity. The analysis reveals that the contributions of phonon mean free path (MFP) and phonon number in a finite cell to thermal conductivity are very important.