材料電磁光性質(zhì)計算模擬實驗報告

1、 材料電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)的計算模擬實驗報告一、實驗?zāi)康模? 了解不同層次計算模擬方法和適用對象，理解第一性原理計算模擬研究材料電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)的方法。2 利用DFT程序?qū)σ恍┝孔狱c等低維體系的幾何和電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)以及相關(guān)物理化學(xué)特性初步分析研究。了解宏觀電、磁、光性質(zhì)與微觀的組分、維度、尺寸和電子組態(tài)之間的關(guān)聯(lián)，并對以往所學(xué)基礎(chǔ)課知識加以鞏固提高。3 初步學(xué)會利用計算模擬方法有目的地去設(shè)計、構(gòu)建、開發(fā)一些功能材料。二、實驗原理及儀器和軟件： 實驗原理：第一性原理計算模擬研究材料電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)的方法實際上是通過求解體系的“HF方程”或者“Kohn-Sham方程”從而得到體系電子能級結(jié)構(gòu)、并進(jìn)一步研究其相關(guān)物理

2、、化學(xué)性質(zhì)的方法。材料覆蓋一個從微觀到宏觀的尺寸范圍，由于人們對它的關(guān)注角度以及研究精度不同，從而形成了各種不同層次的研究方法。目前計算機模擬研究方法主要有兩類：基于經(jīng)驗勢的分子模擬方法和基于第一性原理的量子化學(xué)方法。材料的許多基本物理性質(zhì)是由其電子結(jié)構(gòu)決定的，要確定它們的電子結(jié)構(gòu)，必須采用精確的量子化學(xué)方法。但隨著研究體系的復(fù)雜化，精確求解體系的自洽場方程顯得很困難，需引入各種假定和采用適當(dāng)?shù)哪Ｐ褪箚栴}簡化。儀器和軟件：高性能計算機一臺， ADF2008計算軟件等三、實驗內(nèi)容：（1） 通過幾何優(yōu)化，尋找量子點的最低能量狀態(tài)。（2） 通過計算其振動頻率，判斷其是否處于勢能面上的一個局域最小點，

3、并得到其紅外、拉曼光譜。（3） 通過計算其組分和整體的能量差得到其結(jié)合能和分裂能，分析體系的熱穩(wěn)定性。（4） 通過計算體系得（失）一個電子前后的能量差，得到親和（電離）能。（5） 通過電離能，親和能、前線軌道能級及HOMO-LUMO能隙的分析，得知其電子的能級結(jié)構(gòu)特點。（6） 通過電子布居或電子密度分析，研究體系的成鍵性質(zhì)。（7） 通過電子自旋布局或電子自旋密度分析，研究體系的磁性質(zhì)。（8） 通過計算其激發(fā)態(tài)電子結(jié)構(gòu)，可得到體系的電子躍遷性質(zhì)，分析其電子光譜。四、實驗結(jié)果一個苯環(huán)（苯環(huán)結(jié)構(gòu)，苯環(huán)的能級結(jié)構(gòu)圖，苯環(huán)的態(tài)密度圖，倆個苯環(huán)三個苯環(huán)計算實例：石墨烯量子點（具體計算對象）的穩(wěn)定性、電子結(jié)

4、構(gòu)和光譜性質(zhì)研究計算細(xì)節(jié)：方法：DFT ；關(guān)聯(lián)函數(shù)：PW91；基組：TZP數(shù)據(jù)整理： 1、 幾何優(yōu)化 （geometry optimization）計算整理數(shù)據(jù)如下：（1）苯環(huán)的能量、磁矩、能隙systemSpinMagnetic moment Total Bond energyHOMOLUMO HOMO-LUMO Gap一個苯環(huán)12.4ev -1.6441651.587812.43210倆個苯環(huán)15.8ev-2.435122.675424.54891三個苯環(huán)17.6ev-3.985613.901216.82549注：所有能量單位都取電子伏特：eV（2）苯環(huán)的能級結(jié)構(gòu)圖：（3）苯環(huán)的態(tài)密度（DOS）圖：2、振動頻率(frequencies)計算整理數(shù)據(jù)如下：（1）紅外譜（IR spectum）可與實驗中的紅外吸收光譜對照振動光譜指認(rèn)分析：苯主要有_2_ 個振動峰：第一個在 3800 波數(shù)位置處，主要源于 分子 的振動模式所激發(fā)。第二個在 500 波數(shù)位置處，主要源于 原子 的振動模式所激發(fā)。3、激發(fā)態(tài)(excited states)計算整理數(shù)據(jù)如下：（）電子光譜可與實驗中的紫外-可見吸收光譜對照電子光譜指認(rèn)分析：苯主要有_2_ 個電子躍遷峰：第一個約在波長躍遷能為 位置處，主要源于 電子 的電子躍遷所產(chǎn)生。