计算凝聚态物理

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dmft方法 -回复

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dmft方法-回复DMFT方法是一种计算凝聚态物理中电子-电子相互作用的有效方法,被广泛应用于固体、表面以及富勒烯等体系的研究中。

本文将逐步介绍DMFT方法的基本原理、实施步骤以及在凝聚态物理中的应用。

DMFT方法,即动态均场理论(Dynamical Mean Field Theory),是一种基于均场近似的计算手段,在处理强关联电子系统时表现出色。

它的核心思想是将体系分解为一个局部问题和一个非局部问题,其中局部问题是指某个区域内的电子之间的相互作用,而非局部问题则是指该区域和其他区域之间的相互作用。

首先,我们需要将体系分解为单个晶胞,然后针对每个晶胞建立一个局部动能和局部相互作用的哈密顿量。

接着,我们需要引入一个辅助自由度来近似描述非局部相互作用,将其转化为局部问题。

这一步骤可以通过引入一个自能函数来实现,自能函数包含了非局部相互作用的影响。

然后,我们可以使用格林函数对这个局部问题进行求解,得到局部的电子自能函数。

最后,我们通过求解准粒子的格林函数来得到体系的物理性质。

在实施DMFT方法时,我们通常会配合其他的计算手段,比如密度泛函理论(DFT)或模型哈密顿量等。

首先,我们可以使用DFT计算得到晶格参数、电荷密度以及非局部势能等信息。

然后,我们可以将这些信息输入到DMFT方法中,通过迭代的方式求解自能函数和格林函数。

最后,我们可以用这些结果来计算系统的输运性质、磁性质以及能谱等。

DMFT方法已经在多个领域得到了广泛的应用。

例如,在高温超导材料中,DMFT方法被成功应用于描述嵌段多层铜氧化物的电子结构和超导机制。

此外,在金属-绝缘体转变和马约拉纳费米子等问题中,DMFT方法也显示出了其优越性。

在凝聚态物理中,DMFT方法不仅可以描述强相关电子系统,还能够研究系统的动力学行为和准粒子谱。

尽管DMFT方法在处理强关联电子系统时取得了一些成功,但它仍然存在一些局限性。

首先,DMFT方法是基于均场近似的,忽略了非局部的涨落和相干效应。

凝聚态物理专业硕士研究生专业必修课程 《凝聚态物理导论》教学大纲

凝聚态物理专业硕士研究生专业必修课程 《凝聚态物理导论》教学大纲
预修课程: 光学、量子力学、电动力学、高等光学。
适用于何方向、是否学位课程: 必修课程。
考核方式: 考试
参考书目: 非线性光学,费浩生编 非线性光学,过已吉编 非线性光学,沈元壤著
SB1307020504
凝聚态物理专业硕士研究生专业必修课程
《高等量子力学》教学大纲
教学目标: 本课程是理论物理的基础理论课,学生在本科学习理论物理的基础上,将量子
与迭代方法思想,会画简单费曼图和做微扰计算。
预修课程: 量子力学
适用于何方向、是否学位课程: 选修课程。
考核方式: 考查
参考书目: 韩其智、孙洪洲编著(群论) 陈金全著(群表示论的新途径) 马中骐戴安英编著(群论及其在物理中的应用) B. G. Wybourne, Classical Grcups for Physicists. 中译本(典型群及其在物 理学上的应用)冯承天等译 R. Gilmore: Lie groups Lie algebras and Some of their Applications 刘辽:李群和李代数简介
教学要求: 1、晶体结构的类型及其对称性的分析,倒格子的概念及态的描述;2、掌握晶格振动理论,
并用之解释晶格的声学波和光学波及热传导等;3、能带论是本课程的核心,对不同的晶体结构 或材料,建立不同的电子结构模型,计算出本征值和本征态;4、利用电导理论解释材料电阻的 温度特性、杂质散射等;5、简单地了解超导电性和半导体电子论的基本性质。 预修课程:
SB1307020501
凝聚态物理专业硕士研究生专业必修课程 《凝聚态物理导论》教学大纲
教学目标: 凝聚态物理学已成为当代物理学中最重要和最丰富的分支学科。该课程主要使学生了
解凝聚态物理的研究内容和研究方法。

凝聚态物理学

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凝聚态物理学52ChineseScienceAbstracts(ChineseEdition)2008V o1.14,No.3 式.Taylor模型和Agrawal模型其实是对同一个解的不同描述, 由于Agrawal模型比Taylor模型相对简单,因此在实际应用时可以采用Agrawal模型或频域解析解公式进行求解.应用频域解析解公式和Fourier变换与逆变换技术,可以求得终端电压或电流的瞬时响应解.图2参15关键词:传输线;解析解;耦合模型;电磁激励08030401140?40无线电物理轴对称渐变型类周期慢波结构的色散特性=Dispersioncharac—teristicsofarbitraryaxial?-symmetrictaperedquasi?-periodicslow?- wavestructure[刊,中]/董烨(北京应用物理与计算数学研究所,北京100088),董志伟,周海京,杨温渊∥强激光与粒子束.一2007,19(9).--1526~1532运用场匹配法和傅里叶级数理论,提出一种原则上可数值求解任意轴对称渐变型类周期慢波结构色散特性的方法.采用该方法编制了计算渐变型波纹波导和渐变型盘荷波导色散曲线的Matlab程序,详细分析并讨论了这两类典型渐变型类周期慢波结构的色散特性.数值计算结果与多维全电磁模拟软件模拟结果的数据吻合度较高,验证了该数值算法的可靠性.另外,该方法具有较强的普适性和扩展性,也可退化到任意轴对称周期慢波结构色散特性的求解,为慢波结构的设计提供一种简单有效的途径.图2O表2参1O关键词:高功率微波;渐变型类周期慢波结构;色散特性;场匹配法;傅里叶级数;数值计算08030402140?45电子物理学Wiggler聚焦带状注速调管电子光学系统的设计=DesignofsheetbeamklystronelectronopticssystemwithWigglerfocusing styrle[刊,中]/王树忠(中国科学院电子学研究所,北京100080),王勇,丁耀根,阮存军∥强激光与粒子束.一2007,19(9).一1517~1520带状注速调管可以在高频段实现高功率微波输出,电子光学系统是带状注速调管的关键部件.阐述了Wiggler双平面聚焦理论,设计了新型椭圆形柱面阴极和椭圆形聚焦极结构,阴极曲率半径为17mill,长轴10mm,短轴4IIIlTI;聚焦极长轴28.8mill,短轴1O.4mil1.采用这种结构可以直接产生椭圆形带状电子注,且阴极发射电流密度较为均匀.设计了周期长度为8mill,总长度为108mm,中间带有凹槽并可以实现双平面聚焦的Wiggler结构,模拟显示电子注填充因子在75%左右,通过率达到100%.设计了新型的菱形收集极结构,电子轨迹在收集极内发散均匀.图9参lO关键词:高功率微波;带状注速调管;Wiggler聚焦:电子光学系统;电子枪08030403140?50凝聚态物理学磁性杂质对量子点内电子态密度Kondo峰的影响-----Effectofa magneticimpurityontheKondospliaingofDOSinaquantumdot[刊,中]/陈江(北京大学物理学院,北京100871)∥北京大学(自然科学版).一20HD7,43(5).--609~613讨论了一个耦合于量子点的磁性杂质,当两边是铁磁性导线时量子点上电子的态密度Kondo峰的变化情况.用格林函数运动方程的方法和特定的自洽方法得到了态密度的解析表达式.杂质与量子点上电子的耦合使得原本简并的电子能级分裂.数值计算结果表明当两边的铁磁导线极化反平行时,态密度的Kondo 峰几乎不随着磁性杂质方位角的变化而变化.当极化平行时,会出现3个Kondo峰,并且峰之间的间隔随着杂质的方位角的增大而增大.如果选取适当极化率的铁磁导线,由导线的铁磁性引起的Kondo峰的分裂可以被杂质的耦合作用抵消掉.图5 参16关键词:量子点系统;Keldysh格林函数;Kondo效应08030404140?50MgB2超导材料的薄膜制备及其超导器件的实现=Filmfabri—cationandelectronicdevicesofMgB2superconductor【刊,中]/吴克(北京大学物理学院,北京100871),余增强,张解东,聂瑞娟,王福仁∥北京大学(自然科学版).一2007,43(5).一614~619报道了采用电子束蒸发技术实现MgB,薄膜制备的实验工作. 通过蒸镀B膜和Mg/B多层膜两种前驱体,分别经高温区(~900℃)和中温区(~700℃)退火处理后成功获得了高质量的MgB2薄膜样品.对样品的超导性能,晶体结构和表面形貌进行了详细的测量和表征,并对两类样品性质上所表现出的差异进行了分析.此外,还报道了在薄膜制备基础上利用微加工技术实现的超导微波谐振器的结果.图6参22关键词:MgB2;超导薄膜;电子束蒸发;退火处理;微波谐振器140?50关于纳米尺度体系中单粒子分布函数的一些严格结果=Onthe single-particledistributionfunctioninthesystemsofnanometer scale:somerigorousresul~[刊,中]/龙贤哲(北京大学物理学院,北京100871),杨凯华,何培松,田光善∥北京大学(自然科学版).一2【x】7,43(5).--630~638利用变分原理,首先证明在零温下,量子点系统和超导小颗粒系统的单粒子分布函数对于单粒子能量是非增的.然后利用Klein不等式证明,在非零温下,这一结论仍然正确.这些结果明确地显示,这一分布函数随单粒子能量的非增行为是由这些纳米系统的量子稳定性条件决定的.参3O关键词:纳米体系;单粒子分布函数;严格结果0803O406140?50高压下岩盐矿和单斜结构AgC1的电子行为一Electronicbe—haviorsoftherocksaltandmonoclinicAgC1underpressure[刊,中]/王佐成(白城师范学院物理系,白城137000),车立新,李岩,崔田,张淼,牛英利,马琰铭,邹广田∥高压物理.一2【x】7,21(3).一225~23O利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,计算了AgC1在高压下的结构行为和电子性质,交换关联函数采用广义梯度近似(GGA).通过比较焓随压力的变化关系,从理论上确定了AgC1 从岩盐矿结构相变到单斜结构的转变压强.预测了这两种结构在布里渊区中的价带顶和导带底的位置,结果表明:盐岩矿和单斜结构的AgC1都是具有间接带隙的半导体.还计算了这两种结构的带隙和电子态密度随压强的变化情况,发现在这两种结构相变之前都不会发生金属化转变.电荷转移研究发现,随着压强的增加,Ag原子和Cl原子之间成键的共价性增强,离子性减弱.图6表2参24关键词:密度泛函理论;能带结构;金属化0803O407140?50球形钨合金破片空气阻力系数实验研究-----Experimentalstudies onairdrcoefficientofsphericaltungstenfragments[刊,中J/谭多望(中国工程物理研究院流体物理研究所,绵阳621900),王广军,龚晏青,高宁∥高压物理.一2OO7,2l(3).一231~236实验研究了理想球形钨合金破片和经历爆轰驱动的球形钨合金破片长距离飞行时的速度衰减规律.实验结果表明:(1)对于理想球形钨合金破片,在同一初始速度条件下,衰减系数为常数,空气阻力系数与初始速度有关,两者成线性关系;(2)对于经历爆轰驱动的球形钨合金破片,由于有轻微的质量损失和变形,速度衰减规律与理想球形钨合金破片有明显的区别,空2008年14卷第3期中国学术期刊文摘53气阻力系数与飞行速度有关,两者成线性关系.图7表1参7 关键词:球形钨合金破片;衰减系数;空气阻力系数;破片战斗部08030408140?50六角相硼碳氮化合物的合成研究=Synthesisandcharacteriza- tionofh-BCNNanocrystalliteunderhigh--pressureandhigh-- temperature[刊,中]/李雪飞(吉林大学超硬材料国家重点实验室,长春130012),张剑,沈龙海,杨大鹏,崔启良,邹广田∥高压物理.一2o07,21(3).--237~241以三聚氰胺和氧化硼为原料,利用真空热处理和高温高压技术,对BCN化合物的形成及结构进行了研究.在真空条件下, 原料经1100K热处理得到非晶BCN的前驱物,将前驱物在5,0GPa,1500K条件下高温高压热处理30min,合成出了单相的六角BCN晶体.采用MaterialsStudio软件的Reflex模块对样品的x射线衍射图谱进行分析,结果表明,得到的样品为纯的六角相,晶格常数为a-----0.2505am,c=0.6659am.对样品进行了透射电镜(TEM)分析,得到了样品的形貌和电子衍射, 同样证实了样品为六角BCN晶体,晶粒尺寸约200am.对样品进行了XPS表征,确定了样品中存在C—C,C—N,C.一B, N—B键,表明B,C,N三元素之间达到了原子级化合,样品的组分含量通过EDX进行标定.图5表1参10关键词:高温高压;h—BCN;前驱物08030409140?50卵形头部弹丸侵彻混凝土的研究=Studyonpenetrationofcon—cretetargetsbyogive—nosesteelprojectile[刊,中]/周宁(中国科学技术大学力学与机械工程系,合肥230026),任辉启,沈兆武,何祥,刘瑞朝∥高压物理.一2o07,21(3).一242~248用头部曲率半径为4.0,直径100mm,质量为25k譬的卵形弹丸对混凝土进行侵彻实验,并测试了炮膛内和侵彻过程中弹丸的加速度时程曲线.实验用混凝土靶的抗压强度为35MPa,密度为2.450kg/m,有3m×3m×3m和2m×2m×2m两种尺寸.测试弹丸发射和侵彻过程加速度的记录系统刚性固结于弹丸内部.弹丸侵彻初速在310m/s~632m/s之间,弹丸的峰值过载在12000~22000g之间.实验后将测试的侵彻深度,侵彻过程弹丸的加速度时程曲线与用Forrestal的理论模型计算得到的结果进行了比较分析.实验结果对认识侵彻的整个过程和相关弹药的设计有重大意义.图7表1参8关键词:爆炸力学;侵彻;混凝土靶;卵形头部弹丸;加速度时程曲线测试08030410140?50高压烧结法合成致密纳米BaTiO3陶瓷结构和铁电性能研究= Structureandferroelectricpropertiesofdensenanocrystalline BaTiO3ceramicspreparedbyhighpressuresinteringmethod[刊, 中]/李鹏飞(北京科技大学物理系,北京100083),靳常青,肖长江,潘礼庆,王晓慧∥高压物理.一2007,21(3).~249~252在6GPa压力,1000℃温度条件下制备了致密的纳米BaTiO陶瓷,合成样品的平均晶粒尺寸为50am,理论密度在97%以上.通过介电测量,观察到了样品宽化的相变峰,它与粗晶陶瓷的相变峰大不相同.由于90.电畴的减少和退极化场的存在,观察到了细长的电滞回线,它是样品铁电性存在的有力证据,表明钛酸钡陶瓷的临界尺寸在50am以下.图4参11关键词:高压烧结;铁电;纳米晶BaTiO陶瓷;电畴O8O3O411140?50一种超高速发射实验装置的改进及其数值模拟=Animproved ofexperimentalhypervelocitylauncherandsimulation[刊,中]/柏劲松(中国工程物理研究院流体物理研究所,绵阳621900), 唐蜜,华劲松,李平,谭华∥高压物理.一2007,21(3).一253~258以流体比容方法和三阶PPM方法为基础,给出了适用于三级气炮超高速发射过程数值模拟的多流计算方法和计算代码MFPPM,利用Sandia实验室一系列的实验装置及其结果对计算代码进行了验证和确认,获得了较好的数值模拟结果(其中最大相对误差为1.o7%),同时对冲击波物理与爆轰物理实验室设计的实验装置进行了数值模拟,计算结果与实验结果相差1.o4%.为了更好地满足超高压下材料状态方程的测量,提出了一种带汇聚型的改进装置设计,并给出了相应的数值模拟结果.图8表1参5关键词:超高速发射;多流体计算方法;数值模拟0803O412140?50PbMoO4原位高压拉曼光谱和电导率的研究=Investigationof /n-SituRamanspectrumandelectricalconductivityofPbMoO4at highpressure[刊,中]/于翠玲(吉林大学超硬材料国家重点实验室,长春130012),于清江,高春晓,刘鲍,贺春元,黄晓伟,郝爱民,张冬梅,崔晓岩,刘才龙,王明,邹广田∥高压物理.~2o07,21(3).--259~263钼酸铅(PbMoO4)具有高的声光品质因数,低的声损耗,良好的声阻抗匹配等性质,被广泛应用于声光偏转器,调制器,可调滤光器,声表面波器件等各类声光器件,其优异的低温闪烁性能亦引起人们的注意,具有在核设备方面的应用潜力.为探讨其晶体结构和物理性质,在金刚石对顶砧上原位测量了PbMoO的拉曼光谱,并测量了其在几个不同压力点下电导率随温度的变化.实验发现,压力在12.5GPa时,拉曼峰完全消失,说明压力在10.8~12.5GPa之间PbMoO样品出现了非晶态转变.当从26.5GPa卸压到9.4GPa时,PbMoO4的拉曼谱在低波数出现无序化,而在2.4GPa压力下858cm峰又重新出现,说明样品结构由无序向晶化回复.压力在10.8GPa以上时,电导率随着温度的增加而显着增加,且随着压力的增加也明显增加.图5参19关键词:高压高温;钼酸铅;电导率0803O413140?50斜锆石(21"O2)高温高压相变的Raman光谱研究=Invesligalionof phasewansitionsofZIO2underhigh--pressureandhign-?temperature conditionsbyRamanspectroscopy[刊,中]/张红(中国科学院广州地球化学研究所,广州510640),肖万生,谭大勇,罗崇举,李延春,刘景∥高压物理.一20o7,21(3).--264~268以Ar作压力介质,在0~23GPa压力范围内,利用金刚石压腔装置(DAC)和激光加温技术,采用显微拉曼光谱进行原位测试,对处于准静水压力条件下的斜锆石开展高温高压相变研究. 研究结果表明:室温下斜锆石ZrO2于3.4GPa时开始发生相变, 到10.4GPa时其明显转变成一个空间群为Pbca的斜方相.该新相随着压力升高,直到15.3GPa,仍稳定存在.通过研究,首次获得了Pbca相的拉曼谱图.随后在15.3GPa压力下进行了激光加温后淬火,结果发现,加热前的Pbca相又转变成了空间群为Pnam的PbC1结构类型的高压相,该相直到实验最高压力23GPa仍稳定存在.图4表1参9关键词:斜锆石;高温高压相变;拉曼光谱;Pbca相;Pnam相0803O414140?50对爱因斯坦模型的修正及考虑热效应的三个通用状态方程= ModifiedEinsteinmodeltoconsiderthermaleffectandappliedto threeuniversalequationsofstate[干U,中]/张超(电子科技大学应用物理系,成都610054),孙久勋,田荣刚,李明∥高压物理.一2007,2l(3).--269~278对固体考虑热效应的爱因斯坦模型进行了修正.指出考虑热54ChineseScienceAbstracts(ChineseEdition)2008V o1.14,No.3效应的通用状态方程中不应该包含零点振动项,方程参数不应该直接取为参考温度下的实验值vR,,曰R和7,:,而应该取为零温下的数值v0,曰0,曰0和7,;提出了一种从vR,,曰R和7,求解v0,,B0和7,的方法.将提出的方法应用于三个典型的通用状态方程,包括Baonza,mMNH和Vinet方程,数值结果表明,利用相同的实验参数对三个方程解出的参数,以及预测的零压和低压下的热物理性质差异很小,而且都与实验数据符合很好.这些结果表明,在零压和低压下预测热物理性质的精确度不足以用来判断各种通用状态方程的适用性.图6表2参21关键词:状态方程:高压:热物理性质:热膨胀o8o3041514o?5O高压下天然顽火辉石能量色散x射线粉末衍射研究=Energy dispersiveX—raypowderdiffractionofnaturalenstatiteunderhigh pressureconditions[刊,中]/马麦宁(中国科学院研究生院计算地球动力学实验室,北京100049),周文戈,刘景,李延春,李晓东∥高压物理.一2007,21(3).--279~282在北京同步辐射装置(BSRF)高压站对采自于河北大麻坪的天然顽火辉石,在室温高压(0~31.64GPa)下,利用金刚石压腔装置(DAC),进行了能量色散x射线粉末衍射(EDXD)原位测量,得到了顽火辉石在不同压力下的衍射图谱,并利用UnitCell 软件进行解谱,获得了其晶胞参数a,b,C和晶胞体积y及其随压力的变化,最后利用Murnaghan等温方程得到了天然顽火辉石的体积模量0):172GPa,压缩系数及P.V状态方程,发现沿a,b,C三方向的压缩系数存在明显的各向异性,结果与斜方辉石的弹性波速各向异性完全一致.图3表2参10关键词:顽火辉石;金刚石压腔装置;能量色散x射线粉末衍射;状态方程;压缩系数o8o3041614o?5O高温高压下冲击波淬火的锆基大块金属玻璃的相演化过程研究=PhaseevolutionofZr-basedbulkmetallicglasspreparedby shock-wavequenchingunderhightemperatureandhighpressure [刊,中]/杨超(华南理工大学金属新材料制备与成型广东省重点实验室,广州510640),陈维平,战再吉,蒋建中∥高压物理.一2007,21(3).一283~288采用同步辐射能散x射线衍射技术,研究了高温高压下利用冲击波淬火技术制备的Zr4lTil4Cu5Ni1oBe225大块金属玻璃的相演化过程.研究结果发现:在实验压力范围内,在不同压力下试样具有相同的初始析出相2Be17,但是随后的相演化过程是不同的,根据应用压力的不同,试样的相演化过程可以分为3个不同的区域:另外,试样的晶化温度随着压力的增大而升高, 但是在6.0GPa存在一个突然的下降,在此压力点试样具有不同于其它压力点的相演化过程.相演化过程的不同和晶化温度的突然下降,可能归因于在不同压力下试样具有不同的原子构型,图6参12关键词:大块金属玻璃;高温高压;相演化:同步辐射:x射线衍射o8O3O41714O?5O高应变率下硅橡胶的本构行为研究=Constitutivebehaviorsofa siliconerubberathighstrainrates[刊,中]/林玉亮(国防科学技术大学理学院技术物理研究所,长沙410073),卢芳云,卢力∥高压物理.一2oo7,21(3).--289~294硅橡胶是一种高分子聚合物,可以承受大变形,用途广泛.利用改进的分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术,对硅橡胶试样进行了不同应变率下的冲击压缩实验,基于实验数据,利用应变能函数构建了考虑应变率效应的材料本构形式.同时,实验过程中发现,在高应变率加载条件下,材料在压缩变形后出现了损伤线区,线区直径与加载应变率及试样尺寸之间存在一定的定量关系.图6表2参7关键词:硅橡胶;分离式霍普金森压杆;本构关系:高应变率;应变能函数0舳3O418140?50片状h-BCN化合物的高温高压化学合成与表征=Chemical synthesisandcharacterizationofflakyh-BCNbyHPHT[刊,中]/杨大鹏(吉林大学超硬材料国家重点实验室,长春130012), 李英爱,杜勇慧,苏作鹏,吉晓瑞,杨旭昕,宫希亮,张铁臣∥高压物理.一20o7,21(3).--295~298以高温烧结三聚氰胺制得的CNH化合物为C,N源,与分析纯单质硼粉以一定比例混合,在5.0~5.5GPa,140o~1500℃高温高压条件下,经化学反应合成了六角硼碳氮(h—BCN)晶体. 用傅立叶变换红外光谱(FTLR)和x射线光电子能谱(XPS)对产物进行了表征,结果表明,得到了含碳量较高的六方结构Bol8Co66Nol6化合物,成分接近于BC4N,硼,碳,氮是以原子化合的形式存在;XRD分析确定该合成产物具有六角网状结构;SEM测量结果表明,B.c—N晶体具有片状六角形貌,尺寸在1grn左右.图5参18关键词:高温高压;片状BCN;合成与表征O8o3O419140?50高压下氧化镉弹性性质,电子结构和光学性质的第一性原理研究=Firstprinciplesstudyoftheelastic,electronicandoptical propertiesofCdOunderpressure[刊,中]/何开华(中国地质大学数学与物理学院,武汉430074),郑广,陈刚,吕涛,万淼,向东,姬广富∥高压物理.一20o7,21(3).--299~304运用基于密度泛函理论的平面波赝势方法(PWP),计算研究了氧化镉NaCI结构(B1结构)和CsCI结构(B2结构)在不同压力条件下的几何结构,弹性性质,电子结构和光学性质.交换关联能分别采用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA).通过比较计算和实验得到的晶格常数和体模量不难发现,LDA的计算结果更符合实验值.在高压的作用下,两种结构的导带能级有向高能级移动的趋势,而价带能级有向低能级移动的趋势,因此直接带隙变大.同时,对照态密度分布图及高压下能级的移动情况,分析了CdO两种结构在高压作用下的光学性质.图5表1参l9关键词:氧化镉;密度泛函理论;电子结构O8o3O420140?50球弹丸超高速碰撞双层板防护结构撞击极限分析=Ballistic limitanalysisforprojectilesimpactingondualwallstructuresat hypervelocity[刊,中]/丁莉(哈尔滨工业大学空间碎片高速撞击研究中心,哈尔滨150080),张伟,庞宝君,李灿安∥高压物理,一20o7,21(3),一3l1~315防护结构的撞击极限是空间防护领域的重要研究内容,基于对理想弹塑性薄板的分析,得到了双层板结构的撞击极限方程所得方程适用于球形弹丸超高速正撞击双层板结构的情况,分析时采用了Rayleigh—Ritz法及Tresca屈服准则.为验证方程的有效性,对实验进行了预报分析,并且与已有的经验方程的撞击极限曲线进行了对比.结果发现,方程预测结果的准确率为80%,且所得的撞击极限曲线与已有的经验方程曲线吻合得很好.图4表1参9关键词:空问防护;解析方法;撞击极限方程;超高速碰撞0803O42114O?50金刚石膜厚度尺寸对热残余应力的影响=Effectofdiamondfilmsthicknessonthermalresidualstress[刊,中]/唐达培(西南交通大学应用力学与工程系,成都610031),高庆,吴兰鹰∥高压物理.一2oo7,21(3).一316--3212008年14卷第3期中国学术期刊文摘55采用有限元方法对钼基体上不同厚度(2O~10001)金刚石膜的热残余应力进行了全面的模拟与分析,得出了它们在膜内分布的等值线图,研究了金刚石膜厚度尺寸对整个膜内的最大主拉应力和界面处每个应力分量最大值的影响.结果表明:在整个膜内,最大主拉应力的位置出现在膜的表面,界面或侧面,其值随膜厚度的增加而增大;在界面处,最大轴向应力随膜厚度的增加而增大,而最大径向压应力,最大周向压应力和最大剪应力则随膜厚度的增加而减小,其中最大剪应力减幅较小; 膜厚度越大时,以上各量随厚度增(减)的速度越慢.其结论对于在金刚石膜的制备中合理地选择厚度,有效地进行应力控制有一定的参考价值,图4参14关键词:金刚石膜;厚度;残余应力;有限元;主应力;界面O8O3O422140-5OPzT95/5粉体的冲击合成反应机理初探:Studyonthemecha- nismofPZT95/5powdersynthesisbyshockwaves[gJ,中]/王军霞(西南科技大学材料科学与工程学院,绵阳621010),杨世源,贺红亮,王进∥高压物理.一20o7,21(3).一322~326采用柱面冲击波回收装置,通过炸药爆轰产生的冲击波作用于Pb4O3,ZrO2和TiO2混合物粉体以合成PzT95/5粉体.通过对回收粉体进行的x射线衍射(xRD)分析,并结合冲击波理论, 从实验和理论两个方面探讨了PZT粉体的合成机理和过程. 结果表明,PZT的合成反应与Pb0的分解反应几乎同时进行, 由于冲击波的特殊性,系统的温度和压力能同时满足Pb30分解和PzT合成的反应热力学条件,由Pb304分解的PbO一旦形成,就立刻与ZrO2,TiO2等氧化物反应生成PZT;冲击波合成PzT粉体属于特殊的固相反应,物质的扩散速度和反应速度大大提高.图2参13关键词:PzT95/5粉体;冲击波;合成机理08030423140-5O金属材料再加载"准弹性"响应的实验验证=Experimental validationof"quasi—elastic"responseofmetalduringreloading process[刊,中]/宋萍(中国工程物理研究院流体物理研究所,绵阳621900),周显明,袁帅,李加波,汪小松∥高压物理学报.一20o7,21(3).一327~331用波反射法设计了一维应变冲击实验,由时间分辨VISAR系统(V elocityInterferometerSystemforAnyReflection)~U量了镁铝合金的冲击一再加载速度波剖面.结果显示,在排除窗口反射稀疏波的情况下,从24GPa冲击态开始的再加载存在明显的"准弹性"响应,证实了Asay等报道的二次压缩"准弹性"响应是材料本征特性.并对金属材料高压本构参量实验测量的关键技术进行了探讨.图5表2参11关键词:波反射;再加载:准弹性08o30424l4o-5O0,1~3000MPa下碳化硅顶砧拉曼光谱作为压力计的研究ResearchonusingRamanspectraofcarborundumanvilaspres—suresensoratpressureof0.1~3000MPa[刊,中]/瞿清明(北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室,北京100871),郑海飞∥高压物理.一20o7,21(3).一332~336利用Mao—Bell型水热金刚石压腔,以6H型碳化硅晶体作为顶砧,在常温下对碳化硅顶砧的不同点位进行拉曼光谱的原位测量,探讨了在一定条件下利用碳化硅顶砧的969拉曼峰位移作为压力标定的可行性,所具有的优点及需要改进的方面,并且得到了室温下的压力测量公式.图8参9关键词:高压;碳化硅;压腔;拉曼光谱;压力标定08030425l40-5OEu"离子掺杂钛酸盐纳米管的直接水热合成与发光性能= Directhydrothermalsynthesisandluminescencepropertyoftitan—atenanotubesdopedwithEu针ions旰0,中]/宋功保(西南科技大学建筑材料四』II省重点实验室,绵阳621010),王美丽,苗兰冬,李健,张宝述∥高压物理.一20o7,21(3).一30531O采用纳米管制备和离子掺杂同步进行的直接水热合成方法,合成了纯钛酸盐纳米管(TNT)和Eu离子掺杂的纳米管(TNT-Eu); 并利用x射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM),光致发光谱仪研究了纳米管的形貌特征,物相组成,热稳定性和发光性能.结果显示:这种方法简便易行,稳定性好,产率高.钛酸盐纳米管物相可近似表示为(H,Na)2Ti3O7或(H,Na)2(Ti,Eu)3O7. 高温处理对钛酸盐纳米管的结构产生很大的影响,450℃下纳米管的层状结构被破坏,晶体结构转化为锐钛矿型的TiO2. TNT-Eu样品的发光性能较强,出现的393.5am,593am,614am的谱带归属于o.和o.电子的跃迁.图8表1参26关键词:直接水热合成;钛酸盐纳米管;Eu离子;掺杂;发光性能08O3O426140-50两种后处理方法对HfO2薄膜性能的影响=Influenceoftwo post—treatmentmethodsonpropertiesofHfO,thinfilms[gJ,中J/尚光强(中国科学院上海光学精密机械研究所,上海201800),王聪娟,袁磊,贺洪波,范正修,邵建达∥光子.一20o7,36(9).———1683~1686利用电子束蒸发和光电极值监控技术制备了氧化铪薄膜,并分别用两种后处理方法(空气中退火和氧等离子体轰击)对样品进行了处理.然后,对样品的透过率,吸收和抗激光损伤阈值进行了测试分析.实验结果表明,两种后处理方法都能不同程度地降低了氧化铪薄膜的吸收损耗,提高了抗激光损伤阈值.实验结果还表明,氧等离子体轰击的后处理效果明显优于热退火, 样品的吸收平均值在氧等离子体后处理前后分别为34.8ppm和9.0ppm,而基频(1064nm)激光损伤阈值分别为10.0J/cm2和21.4J/cm.图3表1参l1关键词:氧化铪薄膜;薄膜退火;抗激光损伤阈值;薄膜吸收08030427140-5O六方单晶氮化铝薄膜的合成与紫光发光机理=Luminescence mechanismofhexagonalmonocrystalaluminumnitridefilms[刊,中]/吕惠民(西安交通大学应用物理系,西安710049),陈光德,耶红刚,颜国君∥光子.一20o7,36(9).一1687~1690利用无水三氯化铝与叠氮化钠在无溶剂的条件下直接反应,成功地合成出六方单晶氮化铝(h.A1N)薄膜.反应温度为450~C, 有效反应时间为20h.高分辨率透射电镜发现为薄膜形态:电子衍射和x射线衍射结果都表明,氮化铝薄膜为六方结构.光致发光实验显示,在可见光范围内有一较强的辐射峰,中心位于413am处,半高宽约为5am.同时,对六方单晶氮化铝薄膜的生长机理和光致发光机理也进行了讨论.图5参16关键词:六方单晶氮化铝薄膜;光致发光;二茂铁08030428140?5O利用非规整膜系实现宽角度入射减偏振,减反射薄膜的研究= Thestudyofanti—polarizationandantireflectioncoatingsofbroad anglerangesbyinhomogeneouscoatings[刊,中]/徐晓峰(东华大学应用物理系,上海201620),邢怀中,杜西亮,范滨∥光子.一20o7,36(9).一l691~l693利用非均匀膜系理论对宽角度入射减偏振,减反射薄膜进行优。

计算凝聚态物理与凝聚态物理的区别和联系

计算凝聚态物理与凝聚态物理的区别和联系

计算凝聚态物理与凝聚态物理的区别和联系计算凝聚态物理是利用计算机模拟和计算手段研究凝聚态物理的分支学科。

它通过构建分子模型、量子力学计算、统计力学等方法来研究材料的电子结构、热力学性质、物理性质等,是一种基于理论计算和数值模拟的研究方法。

凝聚态物理则主要研究物质在凝聚态条件下的基础物理性质,如相变、磁性、导电性、光学性质等。

它利用实验手段来研究物质的宏观性质,包括常见的X射线衍射、扫描电子显微镜、红外光谱等方法。

两者之间的联系在于,计算凝聚态物理和凝聚态物理都是研究凝聚态物质的学科,并且都是为了揭示物质的基本性质和行为。

计算凝聚态物理可以为凝聚态物理提供理论依据和计算支持,而凝聚态物理的实验结果也可以用来验证计算凝聚态物理的模型和理论。

因此,两者之间的关系是相辅相成的。

- 1 -。

中国工程物理研究院专业介绍

中国工程物理研究院专业介绍

附:招生专业介绍1、基础数学(070101)本专业是博士、硕士学位授予点。

研究方向及导师:偏微分方程的调和分析方法苗长兴(研究员)谌稳固(研究员)本方向主要是借助于调和分析方法与非线性泛函分析方法(例如:算子插值理论、奇异积分算子理论、函数空间理论、振荡积分估计等)来研究波方程、色散波方程(组)的Cauchy问题及散射性理论、低正则性问题等现代数学的核心领域。

采用的方法与技术是Paley—Littlewood分解理论、Strichartz型时空估计及非线性函数在Besov空间中的估计,特别是Bourgain的Fourier 截断方法、Tao的I-能量方法。

这些问题的研究不仅在数学上有重要的理论意义, 同时对物理的研究和认识亦具有重要的指导作用。

专业课考试科目:初试科目:(1)101思想政治理论(2)201英语一(3)360数学分析(4)801高等代数复试科目:泛函分析与数学物理方程初步2、计算数学(070102)本专业是博士、硕士学位授予点。

研究方向及导师:(1)偏微分方程数值解袁光伟(研究员) 邬吉明(研究员)王双虎(研究员)(2)计算流体力学唐维军(研究员) 何长江(研究员)(3)蒙特卡罗方法及其应用邓力(研究员)(4)数值并行算法谷同祥(研究员)方向1研究:(1)辐射流体力学计算方法,包括流体力学计算格式,结构、非结构网格生成与优化;(2)扩散方程的离散方法;(3)边界元方法及奇异积分计算;(4)微分-差分方程或差分方程理论研究;(5)微分方程的高保真离散方法研究;(6)典型问题的高保真数值模拟研究。

方向2主要进行流体力学方程的数值方法研究,特别是多介质流体力学模型,激波捕捉格式,界面捕捉方法,高分辨率差分格式研究,结构和非结构网格有限体积法和有限元方法研究,数值网格生成与自适应研究等。

方向3主要研究内容有:(1)与时间相关的Boltzmann方程(双曲型)的随机模拟;(2)中子、光子耦合输运问题的求解;(3)输运网格几何构造、输运网格与力学网格的重映。

计算凝聚态物理1

计算凝聚态物理1

1.69 × 10-2 5.45 × 10-3 1.74 × 10-3 5.61× 10-4 1.77× 10-4 5.60× 10-5 1.77× 10-5 5.60× 10
-6
0.1 3.16× 10-2 10-2 3.16× 10-3 0.001 3.16× 10-4 10-4 3.16× 10-5
练习题: 宾德等:统计物理中的蒙特卡罗方法
练习:3.1, 3.3, 3.10, 3.11, 3.13, 3.14
选作:3.6, 3.17, 3.18, 3.19
对于能量:
注意到:
必须考虑涨落效应!
实际系统 模拟系统
所以:
多重积分的计算, Monte Carlo 方法:
由上述第二种表述, 物理量的平均值的计算归结为一个多重积分的计算, 设系统 由100个粒子构成, 每个粒子有6个自由度, 所以需要计算600重积分. 现在考虑在 每一维取10个点, 总共有10600个点. 假设计算机每秒可以计算1012个点, 计算 这个积分需要10588秒!!!!! 问题比这个更严重! 如果如上述方式取点, 则积分区域的内点数为 8600, 在总的点 中所占比例为 (8/10)600=0.714× 10-58, 也就是说, 取的点基本上都在表面上!!! 解决这个问题的方法是Monte Carlo方法. 用Monte Carlo 方法计算积分, 最简单的办法就是在积分区域内随机地取一系列 点, 计算被积函数在这些点上的数值并取平均, 然后乘以积分区域的体积. 这种 方法称为简单抽样法. 简单抽样法实现起来非常简单, 但有一个问题, 就是把被积函数很小和很大 的地方同等对待. 改进这个问题的方法是在重要的区域多取几点. 这种方法 称为重要性抽样法.
2.87 2.85 2.69 2.73 2.74 2.74 2.75 2.75

凝聚态物理简介

凝聚态物理简介

鉴于国际上团簇研究仍处于发展初期,这个领 域还有待于我们去积极而严谨的探索:一方面向小 尺寸发展,深入到团簇内部原子和电子的结构和性 质,弄清物质由单个原子、分子向大块材料过渡的 基本规律和转变关节点;另一方面向大尺度发展, 研究由团簇构成各种材料包括超激粒子的结构和性 质,同时促进团簇基础研究成果向应用方面转化。
二、团簇基本知识简介
团簇是由几个乃至数千个原子或分子(国际上多数 定义含原子数在10一1000范围)通过一定的物理或化学 结合力组成的相对稳定的微观或亚微观聚集体。
团簇的性质既不同于单个原子和分子,也不同 于固体或液体,而且不能用两者性质作简单的线性 外延或内插得到。因此人们把团簇看做是介于原子, 分子与宏观固体之间物质结构的新层次或新凝聚态, 即介观层次,是各种物质由原子,分子向体相物质 转变的中间过渡态,或者说代表了凝聚态物质的初 始态。
特别是,当电子波函数的相干波长与体系的特征 波长可比时更表现出全新的物理效应和规律。这是凝 聚态物理的重要发展前沿之一。凝聚态物理的另一重 要发展前沿是以发现新的有序相和有序相的不对称破 缺以及这些新相所具有的新的物理性能为主要目标的 研究:高温超导电性和超导物理研究、新功能晶体材 料的探索和材料设计专家系统的研究、稀土—过渡族 化合物磁性、表面物理(原子水平的界面生长,界面 反应及界成材料)等是主要的研究内容,这也是凝聚 态物理中最具有活力的领域。
2. 凝聚态物理的特点 凝聚态物理的特点是:最富有创新性,研究内容 极其广泛;基础研究与应用研究的界限越来越难以划 分;研究前沿发展很快,此起彼伏,它将更使人感到 眼花缭乱。它的发展的大趋势是将不断地开拓出新的 领域,制备出新的材料、发现令人意想不到的新现象。 在物理学和化学以及生物学和化学以及生物学的结合 和交叉方面,毫无疑问,凝聚态物理将起状、管状、团状、 空心球状、零维、一维、二维、三维结构) 的合成和 性质;5)发展新的方法对团簇表面进行修饰和控制; 6)团簇与表面的相互作用,主要研究团簇在表面的 扩散、吸附、沉积等动力学行为;7)富勒烯和纳米 管内掺杂的结构与性质的研究,这与团簇的潜在应 用直接关联;8)探索新的理论,不仅能解释现有团 簇的效应和现象,而且能解释和预知团簇的结构, 模拟团簇动力学性质,指导实验。

凝聚态物理专业培养方案

凝聚态物理专业培养方案

凝聚态物理专业硕士生培养方案(专业名称:凝聚态物理专业代码:070205 )一、培养目标培养德智体全面发展,具有坚实的凝聚态物理理论基础和系统的专门知识,掌握基本的现代物理实验技术,了解凝聚态物理发展的前沿和动态、能够初步独立地从事凝聚态物理研究或担负专门技术工作,具有进取、创新、唯实、协同合作的品德和身心健康的高级科技人才。

二、研究方向1、先进功能材料的内耗研究;2、纳米材料科学;3、计算凝聚态物理;4、超导材料物理;5、自旋电子材料物理;6、热电材料物理;7、多铁材料物理;8、功能膜材料物理;9、强磁场材料物理;10、电磁波功能材料物理;11、能源材料物理;12、凝聚态理论;13、半导体物理。

三、招生对象具有学士学位的大学本科物理学及相关专业的毕业生。

四、学习年限三年,其中课程学习时间一年,学位论文时间二年。

五、课程设置1、政治、英语等公共学位课和开题报告等必修培养环节按《中科院合肥研究院硕士研究生培养方案》统一要求。

2、学科基础课、学科专业课和非学位课如下表所列六、学位论文对学位论文的具体要求,按照《中科院合肥研究院硕士研究生培养方案》有关规定执行。

七、答辩和学位授予按《中科院合肥研究院硕士研究生培养方案》的有关规定执行。

凝聚态物理专业博士生培养方案(专业名称:凝聚态物理专业代码:070205)一、培养目标培养德智体全面发展,掌握坚实宽广的凝聚态物理专业基础理论和系统深入的专门知识,具有独立从事科学研究及工程项目设计研究的能力,具有解决科学及工程项目中关键问题的创新能力,具有进取、创新、唯实、协同合作的品德和身心健康的高级科技人才。

二、研究方向1、纳米体系物理;2、纳米材料科学;3、超导材料物理;4、自旋电子材料物理;5、热电材料物理;6、多铁材料物理;7、功能膜材料物理;8、强磁场材料物理;9、电磁波功能材料物理;10、能源材料物理;11、功能材料研究;12、软凝聚态物质研究;13、计算凝聚态物理;14、计算材料科学;15、凝聚态理论;16、半导体物理。

北大凝聚态专业介绍

北大凝聚态专业介绍

四、凝聚态物理专业简介北京大学凝聚态物理学科的前身是北大物理系在1952年院系调整后建立的固体物理专门化。

2001年北京大学物理学院成立,原物理系半导体、磁学、低温物理、固体结构、固体能谱专业合并成立凝聚态物理与材料物理研究所,使本学科在组织体系上成为一个整体。

本学科依托“人工微结构与介观物理”国家重点实验室,是全国第一批硕士点和博士点,从1988年起成为高等学校第一批重点学科,2001年被评为国家重点学科,是我国主要的凝聚态物理研究和人才培养基地之一。

本学科形成了多个具有相当实力和一定规模的学术团队。

至2008年底,本学科共有教授24人,副教授19人,高级工程师12人,其中包括中科院院士甘子钊、杨应昌、秦国刚等3人,教育部长江特聘教授、国家杰出青年基金获得者3人,教育部新、跨世纪优秀人才3人,博士生导师24人,55岁以下教师全部具有博士学位(上述数字均不含双聘和兼职教师)。

2004和2005连续两年,本学科的两个研究团队被评为教育部创新研究团队。

凝聚态所尽力为所有研究人员创造自由、民主、公平、公正的工作环境,吸引优秀的教师、研究人员和研究生,使大家都能充分发挥自己的个性和特长,展示自己的才华。

目前凝聚态物理专业的主要研究方向有:凝聚态理论;高温超导体及其相关材料、物理与器件;半导体物理和半导体光电子学;磁性材料和物理;纳米结构和低维物理;宽禁带半导体物理和器件研究;表面物理与扫描探针显微学;非线性物理和生物技术。

目前继续招收研究生的研究方向主要有:1.凝聚态理论强关联电子体系的理论研究;半导体纳米晶粒的电子态和有限固体中的电子态的理论研究;高温超导机制研究;新器件的物理基础研究;软物质和颗粒物质的理论研究;无序系统中的扩展态的研究;半导体量子阱和超晶格物理的研究及光子晶体物理的研究,材料性质的物理计算。

2.高温超导体及其相关材料、物理与器件高温超导材料的各种非均匀性的结构及其对超导电性的影响,特别是高温超导体的结物理、晶界物理、非平衡超导电性等;高温超导量子干涉器件(HTSQUID)的制备工艺、物理研究及应用的原理;介观超导电性,新材料和新结构的超导电性;高温超导体的磁通物理;纳米尺度上的超导电性,FET结构超导体、MgB2型超导体及其间的内在联系。

《凝聚态物理》第四章_能带理论-II

《凝聚态物理》第四章_能带理论-II

第四章 能带论-2
一、模型的描述:波包
按量子力学,电子用波来描述。经典粒子性要求确定的 轨道、动量。如何把电子的粒子性与波动性联系和统一 起来呢?
量子——经典类比,用到“波包”的概念
▪ 波包:是分布在空间有限区域的波列,频率也有
一定的分布范围。 粒子空间分布在 r 附近 △r 范围内,动量取值
NC
C
gC
e d C KBT
PV
g V
V
e d V KBT
C
V
T的缓 变函数
E
CB
VB
f (E)
第四章 能带论-2
4、半导体的统计理论
本征半导体:
nC pv
c
v
2
1 2
kBT
ln
Pv Pc
E
CB
C
V
VB
f (E)
4-2 恒定电场、磁场作用下
电子的运动
九、恒定磁场 作用下电子的 准经典运动
例:自由电子,B=(0,0,B)
kz
B
运动轨道为圆-回旋运动
回旋周期:
T d k d k d t
2 k 2 m
kx
evB eB
回旋频率:
c
eB m
k
ky
等能面
等于实空间的 回旋频率
第四章 能带论-2
二、自由电子回旋运动(实空间)
m dv dt ev B
vvxy
eB mvy eB mvx
能带电子?由于晶格的散射,电子不可能被无 限制加速
第四章 能带论-2
二、k-空间运动
▪ 电子的运动保持在同一个能带内,能量周期性 变化,在 K-空间周期性运动。

计算物理方法(Sec3)

计算物理方法(Sec3)

这里存在的一个关键问题是:上面公式中给出的 具体形式计算起来并不方便。在计算归一化常数
时,包含了一个积分。这个计算实际上是一个高维的 多重积分的计算。费曼路径积分量子化的欧氏积分表 示中的积分计算也仍然主要是个蒙特卡洛计算问题, 对它们的积分计算可以离散化为对路径的求和。但是 采用一般随机抽取位形点的办法,效率是很低的。尤 其是在此高级空间中做均匀抽样时,由于 eE/ 指数项的缘故,大量的点会落到对求和贡献非常小的 区域。 此时如果我们采用马尔科夫随机游动的重要抽 样方法——Metropolis方法,将是十分有效的。利用 Metropolis方法,按照类似玻尔兹曼分布的分布函数来 抽取若干位形 {x0,x1,...x.,N},便可以计算出基态波函数 |0(x) |2的估计值,然后对该估计值求平均便得到 |0(x) |2 的值。
x|
eiE nt/
n
n|x0
n
n(x) n *(x0)eiE nt/
n
假定该等式在延拓到t为虚值时仍成立,令ti,则有
D F ( x ,t;x 0 ,t0 0 ) n ( x )n * ( x 0 ) e E n /
n
当 足够大时,特别是在 /(E1E0)时( E 0 是基态能
量自,能量最小E的1 基为态第能一量激发E 态0 的的能贡量献)。,如上果式我的们右取边x主0 要 是x 并来
隔 间 ( k分隔0 为为,1,N..N 1.个Nt ,1 等t)01时。间,根间并据隔且完备t的k座小t标0区表k间象,的则,关此
系式
有:
x eipx p p
ip2
xn exp
2mxn1
p,p'
p' expi2pm 2eip'xneipxn1

物理凝聚态理论计算公式

物理凝聚态理论计算公式

物理凝聚态理论计算公式引言。

物理凝聚态理论是研究物质在固体和液体状态下的性质和行为的学科。

在这个领域,理论计算公式起着至关重要的作用,它们可以帮助科学家们预测和解释物质的性质,从而推动材料科学和工程技术的发展。

本文将介绍一些常见的物理凝聚态理论计算公式,并探讨它们在材料研究中的应用。

晶格常数的计算。

晶格常数是描述晶体结构的重要参数,它可以通过X射线衍射实验来测量,也可以通过理论计算公式来预测。

其中,最常用的方法是利用密度泛函理论(DFT)计算晶格常数。

在DFT中,晶格常数可以通过最小化晶体的总能量来确定,其计算公式如下:\[E = \sum_i \frac{\hbar^2}{2m}|\nabla \psi_i|^2 + \frac{1}{2} \sum_{i \neq j} \int \frac{e^2|\psi_i(\mathbf{r})|^2|\psi_j(\mathbf{r'})|^2}{|\mathbf{r}-\mathbf{r'}|}d\mathbf{r}d\mathbf{r'} + \intV(\mathbf{r})|\psi(\mathbf{r})|^2d\mathbf{r}\]其中,E是晶体的总能量,\(\psi_i(\mathbf{r})\)是晶体中的电子波函数,m是电子的质量,e是电子的电荷,V(\(\mathbf{r}\))是晶体的势能。

通过对上述公式进行变分,可以得到晶体的基态波函数和总能量,进而确定晶格常数。

声子谱的计算。

声子是晶体中的一种元激发,它对应于晶格振动模式。

声子谱可以通过实验测量得到,也可以通过理论计算公式来预测。

在固体物理中,声子谱的计算通常采用力常数法(force constant method)。

在这种方法中,声子的频率可以通过下面的公式来计算:\[ \omega_{\mathbf{q}s} =\sqrt{\frac{1}{m_s}}\sum_{\mathbf{R}}\sum_{\alpha}e^{i\mathbf{q}\cdot\mathbf{R} }\sqrt{\frac{\hbar}{2M\omega_{\mathbf{q}s}}}\frac{\partial^2V(\mathbf{R})}{\partial u_{\alpha}(\mathbf{R})\partial u_{\alpha}(\mathbf{0})}e^{-i\mathbf{q}\cdot\mathbf{R}} \]其中,\(\omega_{\mathbf{q}s}\)是声子的频率,\(\mathbf{q}\)是声子的动量,s 是声子的极化方向,\(\mathbf{R}\)是晶格矢量,\(\alpha\)是晶体中的原子索引,m_s是原子的质量,u_{\alpha}(\mathbf{R})是原子在位置\(\mathbf{R}\)的位移,V(\(\mathbf{R}\))是原子之间的相互作用势能,M是晶胞的质量。

计算凝聚态物理介绍

计算凝聚态物理介绍

.
• In the opposite, Hohenberg-Kohn demonstrated that there is
only one external potential
to yield a given ground state
charge density.
If we assume then
Kohn-Sham Theorem (1965)
计算 凝聚态物理介绍
内容提要
一、计算(凝聚态)物理简介 二、精确对角化方法 三、数值重整化群:
从 K.G.Wilson 到 S.R.White 四、蒙特卡罗模拟 五、符号计算
一、计算(凝聚态)物理简介
1. 计算物理、计算凝聚态物理
2. 计算物理的发展 (1)早期的推动 (2)计算物理方法 (3)高性能计算机的发展
M Rosenbluth, A Teller and E Teller, 1953
60-70年代:
Monte Carlo Methods Local density functional method Molecular dynamics Ab-initio/First principle calculation Many-body perturbation methods for excitations Wilson numerical renormalization group
GG:: vv((rr)) →→ ρρ ((rr)) iiss iinnvveerrttiibbllee
Proof Step 1: Invertibility of map A
Solve many-body Schrödinger equation for the external potential:

计算凝聚态物理与凝聚态物理的区别和联系

计算凝聚态物理与凝聚态物理的区别和联系

计算凝聚态物理与凝聚态物理的区别和联系计算凝聚态物理和凝聚态物理都是研究固体和液体物质性质的
学科,但它们之间有区别和联系。

凝聚态物理是研究物质的结构、电子、原子、分子等微观结构与宏观性质之间的关系,例如磁性、导电性、光学性质等。

这个领域的研究经常涉及到材料的制备和表征。

凝聚态物理的重要性在于它提供了理解和设计材料的基础。

计算凝聚态物理是利用计算机模拟和计算方法研究材料的性质
和行为。

这种方法可以从微观和宏观两个层面上理解材料的行为,例如原子尺度的演化和能量计算,以及宏观材料的力学和热学特性。

计算凝聚态物理为材料的设计和优化提供了重要的工具和方法。

这两个领域之间的联系在于,计算凝聚态物理通常用于解决凝聚态物理中的问题,例如计算材料的电子结构、磁性、热学性质等。

此外,计算凝聚态物理也可以为凝聚态物理提供新的洞见和理解。

例如,计算凝聚态物理可以通过模拟和计算,研究材料中微观结构和宏观性质之间的关系,从而提供新的材料设计和发现的思路。

总之,计算凝聚态物理和凝聚态物理都是研究物质性质的重要学科。

它们之间有着密切的联系和互相促进的关系,为现代材料科学和技术的发展提供了不可或缺的支持和推动力。

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自洽场方法在凝聚态物理中的应用

自洽场方法在凝聚态物理中的应用

自洽场方法在凝聚态物理中的应用自洽场方法是凝聚态物理中一种重要的研究方法,广泛应用于电子结构计算、介观体系模拟和量子输运等研究领域。

本文将从理论基础、应用案例和未来发展方向三个方面,探讨自洽场方法在凝聚态物理中的应用。

自洽场方法的理论基础自洽场方法的核心思想是通过不断迭代求解系统中各个粒子的状态,直到得到自洽的解。

在凝聚态物理中,自洽场方法通常涉及对系统的哈密顿量或波函数进行迭代求解。

其中最常见的自洽场方法是密度泛函理论(DFT),它基于均衡态电子系统的电荷密度,将体系的能量表示为电荷密度的泛函,并通过迭代求解找到能量最低的自洽电荷密度。

自洽场方法的应用案例1. 电子结构计算自洽场方法在电子结构计算中得到了广泛应用。

通过DFT等自洽场方法,可以计算出凝聚态体系的电子能带结构、态密度等重要物理性质。

例如,可以利用DFT计算晶体的晶格参数、禁带宽度和能带隙等,并进一步研究其光学、磁学和电学性质。

此外,自洽场方法还能够研究材料的表面态、缺陷态以及界面特性等。

2. 介观体系模拟自洽场方法在介观体系模拟中也发挥着重要作用。

介观体系是指尺寸介于宏观和纳米尺度之间的体系,如纳米颗粒、薄膜和纳米线等。

自洽场方法可以用来研究介观体系中的电子输运性质、能带形状以及局域化效应等。

例如,可以通过自洽场方法计算纳米颗粒中的电子能级分布,进而研究其光电性质以及电子传输行为。

自洽场方法的未来发展方向虽然自洽场方法已经为凝聚态物理研究提供了强有力的工具,但仍然存在一些挑战和限制。

其中一个挑战是计算的复杂性,尤其是在处理大规模系统时。

未来的发展方向之一是探索更有效的自洽场算法,以提高计算效率。

另外,由于自洽场方法通常基于平均场近似,忽略了量子相关效应,因此在处理强关联体系时存在一定的局限性。

未来的研究方向之一是发展更精确的自洽场方法,以考虑量子相关效应的影响。

总结自洽场方法作为凝聚态物理中的一种重要研究方法,在电子结构计算、介观体系模拟和量子输运等领域发挥着重要作用。

凝聚态熵变

凝聚态熵变

凝聚态熵变
凝聚态熵变是指凝聚态物质在等压情况下吸收或放出的热量,以及在等容情况下承受的压力变化。

在凝聚态物质中,熵变通常可以分为两种类型:焓变和体积变。

焓变是指系统在等压情况下吸收或放出的热量,而体积变则是指系统在等容情况下承受的压力变化。

因此,凝聚态物质的熵变计算公式可以表示为:S = (ΔH - TΔV)/T。

其中,S表示系统的熵变,ΔH表示系统的焓变,ΔV 表示系统的体积变化,T表示温度。

在凝聚态物质中,熵变通常是一个非常重要的物理量,因为它可以描述物质内部的混乱程度和有序程度,并影响物质的许多性质,如热容、热传导、相变等。

在凝聚态物理中,熵变也是一个非常重要的概念,它可以用来描述和解释许多物理现象,如相变、热力学稳定性、热力学相图等。

因此,理解和掌握凝聚态熵变的概念和计算方法对于研究凝聚态物质和凝聚态物理是非常重要的。

hedin方程,gw 和bse

hedin方程,gw 和bse

hedin方程,gw 和bseHedin方程,GW和BSE是凝聚态物理中计算电子结构的重要理论和方法。

Hedin方程是由瑞典物理学家Lars Hedin在20世纪60年代提出的,用于描述凝聚态系统中的电子关联效应。

这个方程是一个自洽方程组,通过求解电子自能的形式来考虑电子之间的相互作用。

电子自能是一个描述电子能级和激发态的能级的修正,它包含了电子与自己和其他电子的相互作用。

Hedin方程的求解可以得到准粒子能谱以及准粒子态的性质。

GW方法是基于Hedin方程的一种近似方法,它是通过对自能进行截断来简化求解过程。

具体来说,GW方法首先通过Hartree-Fock近似得到初始的能带结构,然后通过用屏蔽相互作用取代库仑相互作用来计算电子自能的一阶修正。

GW方法的优点是在一定程度上考虑了电子关联效应,可以更准确地描述准粒子的能谱和性质,尤其对于强关联材料具有重要意义。

BSE方法是在GW方法的基础上发展而来的,它是用于计算凝聚态系统中的激发态性质的方法。

BSE方法通过求解一个自洽方程组来计算激发态的能谱和振子强度。

具体来说,BSE方法将自能展开为一个包含引入激发态的项的级数,然后通过求解一组耦合的方程来得到激发态的能谱和振子强度。

BSE方法的优点是可以很好地描述准粒子和激发态的相互作用,尤其对于光谱性质的计算有很高的精度。

Hedin方程、GW和BSE方法在凝聚态物理中被广泛应用于计算材料的电子结构和光学性质。

通过求解Hedin方程组,可以得到准粒子能谱以及准粒子态的性质,从而可以了解材料的能带结构、电导率、介电函数等。

而GW方法则进一步考虑了电子的关联效应,可以更准确地计算能带的能级、带隙、激发态等性质。

对于光学性质的计算,BSE 方法能够给出准确的光谱能级、振子强度和吸收光谱等信息。

除了计算材料的基本性质,Hedin方程、GW和BSE方法还可以用于材料的设计和优化。

通过对不同材料的电子结构进行计算和比较,可以预测材料的特性,指导实验的设计和材料的合成。

计算物理方法Sec1Sec2共148页

计算物理方法Sec1Sec2共148页

我们设H是某一在N维Hilbert空间中的 厄米算符,而v1是该空间中的一个任意的归 一化的向量,即:v1+v1=1。我们连续地用 H去作用,来构造出一组正交归一的向量:
H v1 1 v1 1 v2 H v2 1 v1 2 v2 2 v3 H v3 2 v2 3 v3 3 v4
函数,可以将波函数表达为向量,哈密顿 算符表达为矩阵。
2. 只有 E 取一定的值才有非零的波函
数 ---- 能量本征值
3. Hˆ 是厄米算符,能量本征
值为实数。
4. 如果哈密顿表达为 N N
阶矩阵,则有 N 个能量本征值, 对应着 N 个正交归一的本征
波函数。本征值有可能在数值上 一样(简并)。
四、数值计算的基本任务
H E
•求能量的本征值和对应的本征波函数。 •波函数可以是单体的波函数,也可以是多体的波 函数。 •数值计算的基本出发点,是构造一组完备(或近 于完备)的基函数,使波函数成为向量,哈密顿 成为矩阵。
第二章:大型Hamiltonian系统的 数值严格对角化方法-Lanczos
(2) 尽管哈密顿矩阵异常庞大,但是其中绝大 多数非对角矩阵元都是零,只有数量很少的非 零矩阵元,也就是说,这种矩阵是极为稀疏的 矩阵。例如,对我们刚才讲的例子,哈密顿矩 阵的每一行尽管有65536个元素,但其中非零的 矩阵元不会超过5个。
(3) 所考虑的物理系统,一般都具有一定的对 称性,满足一定的守恒律。这样,我们就可以 根据对称性和守恒律的要求,采用一定的基函 数,使哈密顿矩阵分解成为互不关联的子矩阵, 从而可以对比较小的子矩阵分别求解。
二、多体波函数满足的基本方程 ---- 薛定谔方程
ih Hˆ , t
这里, 是多体波函数,其自变量是时间和描写各
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分子模型
Molecular systems:
In most cases the interaction part can be approximated by pair interactions:
One famous example is the Lennard-Jones potential
2003-10-21
where is an unit vector along rj-ri.
2003-10-21
上海交通大学理论物理研究所 马红孺
分子动力学模拟
Periodic boundary condition(PBC)
where L are vectors along the edges of the rectangular system volume and the sum over n is with all integers n . Usually this sum is the most time consuming part in a simulation.
2003-10-21
上海交通大学理论物理研究所 马红孺
分子动力学模拟
Consider a rectangular volume of L1£ L2£ L3, with N classical particles put in. The particles are interact with each other. In principle, the interaction include pair interactions, three body interactions as well as many body interactions. For simplicity we will consider here only pair interactions. In this case each particle feel a force by all other particles and we further assume the force is depend only on distances from other particles and for each pair the force directed along the line join the pair of particles. So the force on the ith particle is
For systems at equilibrium the time correlation function is a function of the time difference only and can be written as
2003-10-21
上海交通大学理论物理研究所 马红孺
分子模型
上海交通大学理论物理研究所 马红孺
分子模型
A very important quantity in statistical mechanics is the pair correlation function g( r,r0 ), defined as
where
It may also be written as
2003-10-21
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Monte Carlo 模拟
Monte Carlo simulation of Particle Systems
粒子系统的Monte Carlo 模拟和自旋系统原则上是一样的。
Metropolis 算法为:
1,随机或顺序选取一个粒子,其位置矢量为 ri
so
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分子模型
On the other hand, it can be proved that
We have the final result. The time correlation function is the correlations of two physical quantities at different times,
[ The density is defined as:
and the density fluctuation is: and its Fourier component is:
, ,
]
2003-10-21
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分子模型
当体积趋于无限时, 红颜色的部分可以略去.
2003-10-21
which holds for large t.
2003-10-21
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分子模型
In general, transport coefficient is defined in terms of the response of a system to a perturbation.
2003-10-21
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分子模型
For a homogeneous system the pair correlation function depends only on the distance between r and r0 . In this case we denote it as g(r) . The g( r,r0 ) is proportional to the probability that given a particle at point r and find another particle at point r0 . At large distance g(r) tends to 1, we may define the total correlation function
MD method is essentially the integration of the equation of motion of the classical many-particle system in a period of time. The trajectories of the system in the phase space are thus obtained and averages of the trajectories give various physical properties. Since we work on real dynamics in MD simulations we can also study the dynamic properties of the system such as relaxation to equilibrium, transport etc.
a, In many cases we assign particles in a FCC lattice,
If we use cubic unit cell and cube BOX then the number of particles per unit cell is 4, and the total number of particles are a 4M3, M=1,2,3, . That is we may simulation systems with total number of particles N=108, 256, 500, 864, .
b, The velocities of particles are draw from a Maxwell distribution with the specified temperature.
This is accomplished by drawing the three components of the velocity from the Gaussian distribution.
which holds for large t , (tÀ , where is the relaxation time of ).
2003-10-21
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分子模型
The shear viscosity is given by
or Here
The negative of P is often called stress tensor.
The pressure is
2003-10-21
上海交通大学理论物理研究所 马红孺
分子模型
The compressibility
This expression can be derived from the fluctuations of particle numbers
Since
2003-10-21
2003-10-21
上海交通大学理论物理研究所 马红孺
分子动力学模拟
General procedure of MD (NVE ensemble)
1. Initialize;
2. Start simulation and let the system reach equilibrium;
3. Continue simulation and store results.
The Fourier transform of the above function gives the static structure function (or structure factor)
2003-10-21
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分子模型
The structure function is defined as the correlation function of Fourier component of density fluctuations
where is the transport coefficient, and A is a physical variable appearing in the perturbation Hamiltonian. There is also an Einstein relation associated with this kind of expression
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