Ta-As二元新型化合物的结构力学与电子特性(3)
1.3 研究现状
1.4 研究目的
高压一般指的是高于常压的压强条件。极端条件下的凝聚态物质是高压物理学研究的主要内容，材料在高压环境中会呈现出新奇的结构和物理特性[8]。通过改变压力的大小，可以改变晶体结构中原子布局，进而改变电子性质。高压手段可以产生高压新相，高压结构与常压结构相比，可能存在新奇新的物理和化学性质。因此，通过结构搜索，寻找高压下具有特殊性能的结构并研究材料的结构性质，分析晶体结构的物理和化学性质，设计新型的功能材料并探索其应用对人类的进步具有重要意义。我们知道TaAs已经被证实是威尔半金属，如果根据化学元素的比例不同，改变外界压强的变化，从而探测出其化合物材料的性质，这将会成为材料学科领域中预测新型材料的一种方法。根据所研究的结果，可以用于人们的日常生活中，提高人们的生活质量。
本论文采用基于遗传算法的结构搜索，我们首先从其最基础的物理性质开始研究，希望能弄清楚其晶体结构，力学和其电子特性。结合第一性原理，使用MS（Materials Studio）软件，我们将探究TaAs化合物在不同压力下的结构以及焓值，做出形成焓图，研究其热动力学的稳定性。计算其弹性常数，进一步得到其力学性质。通过分析能带和态密度的图形，分析力学与电子特性之间的微观机制。将所得的结果与TaAs进行比较。
论文第一章详细介绍了weyl半金属的发展历程，叙述了TaAs研究的背景、现状和目的。第二章介绍了研究材料所用的理论方法和常用软件。第三章系统的计算了了TaAs新型二元化合物的理论预测及其物性。第四章，总结。
2 理论方法和软件介绍
2.1第一性原理计算的简介
第一性原理简单讲就就是从头计算，因为不需要任何参数，只需要一些基本的物理常量，就可以得到体系的基态能量及电子结构。从本质上来说，以原子核和电子相互作用关系及基本运动规律为基础，运用量子力学原理，根据具体情况做出近似的处理，从而直接求解薛定谔方程，这样的算法称为第一性原理。此原理，能够预测微观体系的状态以及对其力学性质、光学性质和热学性质等进行有效的计算。在许多模拟方法中，第一性原理计算与其他方法相比，精度较高。第一性原理计算需要用到各化学元素的电子结构以及普朗克常数（h）、光速（c）、电子质量（me）、电子电量（e）和玻尔兹曼常数（kB）。
由于固体中多电子系统的薛定谔方程的求解困难，所以提出了绝热近似、HartreeFork 近似。
2.2 密度泛函理论
以量子力学理论作为基础，多粒子体系的各种性质可以通过求解薛定谔方程得到。用电子波函数描述多粒子体系的状态是一种经典的方法。但是求解薛定谔方程的过程一般都很复杂也很困难，能够精确求解的一般是少数像氢分子这一类的简单体系。 利用HartreeFork近似将多电子的运动近似成单个电子有效势方程，包含了电子自旋平行Fermi子之间的交换相互作用，而忽略了电子间的的关联作用，因此HartreeFock近似不能作为严格的单电子近似的理论。
密度泛函理论（DFT）就是基于Kohn和Sham[9]提出的KohnSham方程提出来的，它的基本变量就是电子密度。可以对这些材料进行基态的模拟计算。它和分子轨道理论一起，经常被人们用于理论与实验的对比研究和预测新材料的特性。密度泛函理论将化学和物理相结合，成功的解释了材料物理化学性质的变化。目前，密度泛函理论在模拟原子、分子和固体基态的结构、能量、电子性质等方面有着举足轻重的地位[10]。
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