用fhi9 8md研究冰的性质 (2000年)

在本研究中，科学家们利用了分子动力学软件包fhi98md对固态冰的性质进行了深入研究。这项研究的工作重点在于计算了不同温度及不同赝势模型下的冰晶胞电子基态，并详细探讨了系统的静态能量、电子的空间分布、结构弛豫以及冰的能带结构。 我们了解到fhi98md是一种特别设计用来研究巨系统的分子动力学软件包。它基于迭代近似来获得电子基态，使用Kleinman和Bylander的完全独立规范保守赝势来描述原子核及核电子势对价电子的作用。这一软件包的相互作用通过局域密度近似或广义梯度近似来描述。原子核的运动方程通过标准分子动力学方法产生，而结构的最优化则通过减幅动力学方法实现。 在研究中，使用的晶胞具有六方晶系结构，每个晶胞包含四个水分子，并且这些水分子呈现出四面体结构。晶胞参数以及氧和氢原子的分数坐标被明确给出，这些参数为模拟计算提供了精确的几何基础。 研究的计算结果表明，使用了Hamann和Troullier和Martins赝势模型在273K时计算出的冰电子基态能量和电子分布非常接近。这说明，采用赝势代替离子实内部复杂的势能，对能量和离子实之间的波函数的影响不大。 电子基态的计算进一步深入到不同温度下的冰，结果显示了温度对于系统自由能和总能量的影响相对较小。因此，为了提高计算速度和稳定性，研究中使用了一个较高的人为温度值（例如kBT.I=0.1eV）。 结构弛豫的计算中，科学家们假定冰的晶体结构是弛豫的，即原子之间可以进行相对运动。结构弛豫后，得到了电子分布的明显变化，说明弛豫结构与静态结构有显著不同。通过这些计算，能够获得冰的能带结构。在倒格子空间，研究者选择了13个点来计算能带结构，这为深入理解冰的电子特性提供了重要的信息。 在引言部分，文中提及了关于水的性质的广泛研究，包括水分子团的振动谱研究和利用球对称旋转方法对水分子团的研究。这些研究展示了水分子在不同环境下的行为，并为冰的固态性质提供了研究背景。 本研究通过fhi98md软件包，不仅计算了冰的基态能量和电子分布，还优化了结构并计算了其能带结构。这些结果为我们理解水和冰在分子层面的性质提供了重要的数据和理论基础。在本研究领域，关于水和冰的性质研究具有广泛的科学意义和实用价值。通过这类研究，科学家们能够更好地掌握与水相关的物理化学现象，进而对地球上的生命活动和气候变化等领域有着更深刻的理解。