Введение к работе
Актуальность темы диссертации В последние четверть лека расчеты свойств кристаллов и.» первых принципов заняли прочное место в физике твердого тела Это связано с тем, что они позволяют предсказывать и обьж пять свойства изучаемого вещества с достаточно високої! сте пенью точности. Преимуществом данных расчетов является то, что свойства вещества рассчитываются исходя только нэ его состава и фундаментальных констант квантовой механики без не пользования каких- либо подгоночных параметров.
Одной из важнейших характеристик кристалла являются его дисперсионные кривые фононных возбуждений, необходимые для понимания эффектов решеточной неустойчивости, электрон-фононного взаимодействия и сверхпроводимости. Однако су шествующие методы позволяют лишь рассчитывать фононные спектры для веществ, имеющих s,p- характер валентных электронов, что связано с применимостью концепции псевдопотенциала для этого случая. Поэтому создание микроскопического подхода для расчета дисперсионных кривых в произвольной точке зоны Бриллюэна у веществ с сильным «/-характером зоны проводимости, обладающего хорошей степенью точности и достаточным быстродействием, является важной задачей для развития дальнейших исследований свойств твердых тел. В частности, разработка такого метода позволила-бы рассчитывать из первых принципов критическую температуру перехода л сверх проводящее состояние для переходных металлов, их сплавов и соединений, а также выяснить силу и роль электрон-фононного
изаимодеіктвия в явлении высокотемпературной сверхпроводимости.
Цели и задачи исследования
Целью настоящей работы является создание метода для нер-иопранцпины'л расчетов фононних спектров кристаллов, позволяющего рассчитывать дисперсионные кривые для произвольных волновых векторов q в зоне Бриллкшш, а также рассматривающего единым образом как материалы с з,р- характером валентных электронов, так и переходные металлы. Данный метод должен обладать достаточно высокой вычислительной эффективностью, а также хорошей степенью точности. В качестве исходного пункта разрабатываемого подхода была поставлена задача учесть эффекты несферичности распределения плотности и потенциала в методе для самосогласованных вычислений зонной структуры твердых тел, а также разработать схему для прямого вычисления сил, действующих на ядра атомои кристаллической решетки. В качестве конкретного Приложения разрабатываемого подхода, была поставлена задача рассчитать полные дисперсионные кривые во всех симметричных направлениях зоны Бриллюэна для Nb и Мо.
Научная ыивцзна
В работе предложен новый метод, позволяющий учитывать эффекты несферичності! распределения плотности и потенциала при самосогласованных расчетах зонной структуры и полной энергии кристаллов. В рамках этого метода развит подход к расчету сил, действующих на ядра атомов, практическая применимость которого была продемострнрована на примере расчета
фононных частот в центре и на границах доны Бриллюзпа в Si, Nb и Al, а также ангармонической постоянной третьего порядки в Si.
В работе предложен принципиально новый подход для ми кроскопических расчетов полных фононных спектроп кристаллов, основанный на теории функционала плотности. Метод по ззоляет рассчитывать динамику решетки переходных металлов, обладает большой вычислительной эффективностью и высокой степенью точности. С его помощью были впервые рассчитаны из перших принципов дисперсионные кривые в симметричных направлениях зоны Бриллюэна для Nb и Мо, согласующиеся с экспериментальными данными в пределах нескольких процентов.
Научная и практическая ценность
Предложенный в работе метод первоприпципного расчета фо ионных спектров позволяет рассчитывать динамическую матриц} для произвольного волнового вектора q. Разработанный подход единым образом трактует как широкозонные, так и уэкозонныс материалы, и, в частности, переходные металлы. Метод является достаточно быстрым и точным: время, требуемое для рас . чета динамической матрицы в заданной точке зоны Вриллюзнл того-же порядка, что и время, требуемое для самосогласованного расчета зонной структуры исходного кристаллн; точность рассчитываемых фононных спектроп порядка нескольких про центов.
Разработанный метод также позволяет рассчитывать из первых принципов злектрон-фононное взаимодействие и критиче
t кие температуры перехода а сверхпроводящее состояние для переходных металлов, их сплавов и соединений.
Основные положения, выносимые на защиту
На защиту выносятся основные результаты диссертации, сфор аудированные в конце автореферата.
Апробация работы
Основные результаты докладовались на ежегодных международных симпозиумах по электронной структуре (Дрезден, ФРГ, 1990; Архус, Дания, 1992; Мюнхен, Германия, 1992); школах семинарах но методам первопринципных, расчетов свойств твердых тел (Будапешт, Вевгрия, 1990; Триест! Италия, 1992) а также ни международной конференции по физике переходных металлов (Дармштадт, ФРГ, 1992) и ежегодной встрече Амсри-канского'фиэического общества (Сиэтл, США, 1993) Результаты работы также обсуждались на семинарах Отделения теоретнче ской физики Физического института им. . Лебедева (1990, 1993); #а общемосковском физическом семинаре под руководством В. Л. Гинзбурга (1993); на семинарах в Институте физики твердого тела им. Макса-Планка в Штутгарте (ФРГ, 1990), в Инсі-итуте исследований твердого тела в Юлихс (ФРГ, 1993), и теоретической лаборатории Эймса госсударсвениого университета Айовы(США, 1993), в отделе исследовании сложных систем лаборатории военно-морского флота в Вашингтоне (США, 1993). Публикации
Основные результаты диссертации опубликованы в 7 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура в объем работы
Диссертация состоит из пяти глав включая введение и :т ключение, а также одного приложения. Она содержит 117 стр:і ниц текста, 6 таблиц, 15 рисунков, 39 пунктов библиографии, состоящей из 63 процитированных работ.