非平衡态对温稠密物质电子结构的影响

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激光产生温稠密物质是当前极端条件物态物性研究的重点,其产生过程将带来诸如电子电离等非平衡状态。基于有限温度密度泛函理论的第一原理计算是当前研究温稠密物质的主要方法之一,但其对激发态、空洞态无能为力。本文发展了考虑电子内壳层空洞态的密度泛函理论计算模型,对温稠密金属锂、铝、铜和金被激光激发后产生的非平衡瞬态电子结构进行了研究。根据光子能量的不同,处于内壳层或价带的电子将被激光激发,引起材料的等容加热。我们发现当金属铜的内壳层3s轨道中存在电子空洞时,其3d电子会发生明显的局域化。此外我们利用Kubo-Greenwood方法对上述处于非平衡态材料的电导率进行了计算。与平衡态的情况相比,处于非平衡态材料的电导率会产生较大的变化,并且电子从内壳层轨道激发与从价带激发时导致的电导率变化情况有很大不同。这是由于存在电子空洞时内层电子对原子核的屏蔽效应将会减弱,导致外层电子的轨道能量降低;同时因为激发电子在费米面附近的重新排布,体系的化学势将会升高,这两种机制通过竞争最终决定电导率的变化情况。我们还详细讨论了电子和离子的温度效应对于电导率的影响,这将有助于人们加深激光激发产生温稠密物质的实验中的物理过程的理解和认识。最后,我们研究了体系大小对于直流电导率计算的影响,发现对于液态H而言,获得直流电导率的准确收敛所需体系大小约在千原子的量级。通过考虑本征能级的能量差、能级电子占据数等因素,对Kubo-Greenwood公式中?函数宽度的确定进行了研究,为下一步计算太赫兹波段的电导率奠定了基础。
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