全势多重散射理论在纳米材料xanes中的应用核科学与技术专业论文.docxVIP

摘要摘要 摘要 摘要 X射线吸收近边结构(XANES)是研究材料中特定元素的原子的电子结 构及其周围原子的空间分布的极具价值的技术。不过，要提取这些信息，我们 需要有精确的且具有较好预测性的理论工具。多重散射方法(MST)正是这 样一个己经被广泛应用于XANES计算的理论方法。然而，传统的MST由于 采用了Muffin．Tin(MT)近似，往往不能正确描述很多体系，包括开放晶体， 分子体系，表面和界面。为了克服MT近似所导致这些缺点，我们需要将传 统的MST推广到全势多重散射方法(FP．MST)。本文中，作者总结了前人对 FP—MST的一些研究，并详细介绍推导了一种必威体育精装版发展起来基于space．filling胞 概念的FP．MST(K．Hatada等，2007，2010)。另外，多重散射方法在其它方面 的一些进展和该方法目前存在的一些局限性也在本文中进行了讨论。 作者的工作着力于FP．MST的理论研究及其在纳米材料的XANES计算中 的应用。作者的科研工作主要在以下几个方面展开： 1．作者编写了一个名为ES2MS的接口程序。该程序读取基于平面波的从 头计算程序VASP的计算结果，进而为由Hatada等编写的基于FP．MST的程序 FPMS构建所需的全电子自洽电荷密度和势函数。ES2MS程序的核心功能是， 己知VASP计算所得到的赝势和全电子电荷密度，通过求解泊松方程，构建以 径向网格形式存储的全电子势函数。 2．利用上述的ES2MS程序构建的自洽势和电荷密度以及FPMS程序，作 者计算了石墨烯和氧化石墨烯的C和O的K边吸收谱。相比于传统的基于MT 近似的多重散射方法计算(MS计算)，我们得到的结果和实验谱的符合程度大 大提高。我们的计算结果较好地重现了包括分子层的堆垛，边结构和氧吸附等 各种结构调制对石墨烯吸收谱的谱形的影响。 3．作者发展了一个高效的散射矩阵求逆的新方法，并实现于FPMS程序。 该方法提高的计算速度能够达到20到30倍。一般而言，只要体系不是太小， 散射矩阵的求逆是MS计算中耗时最多的一个步骤。因此，该方法大大减少了 MS计算的时间，并且在精确度上只有极小的损失。该新方法的基本思想是，按 照矩阵元对应的轨道角动量的大小，将散射矩阵划分为四个子矩阵，并对其中 的若干子矩阵的矩阵元采用近似值。 4．作者参与推导了基于实空间MST的考虑了”完全”多重散射效应的芯态 电子能量损失谱的公式体系。所谓的完全多重散射效应包括了入射电子和出射 电子受到的所研究材料的散射作用。芯态电子能量损失谱是一种以电子为激发 源的探测入射电子能量损失的实验手段，其所能得到的信息类似于X射线吸收 ：监 1 万方数据 摘 摘 要 关键词：X射线吸收谱近边结构(XANES)，多重散射方法(MST)，全势 (FP)，格林函数(GF)，自洽势，石墨烯 万方数据 ABSTRACTABSTRACT ABSTRACT ABSTRACT X-ray Absorption Near-Edge Structure(XANES)is an invaluable tool to study the electronic structure of and local atomic structure around selected elements in materi． als．However,to extract such information，a good theoretical tool that has predictive performances indispensable．Multiple Scattering theory(MST)has been very widely applied to the computation of XANES ofvarious materials．However,due to the use of the Muffin-Tin(MT)approximation，the conventional MST cannot properly describe a great number of physical systems，ranging from open lattices to molecular systems，to surfaces and interfaces．To overcome these barriers，people have to go beyond the MT approximation to the full-potential multiple scattering theory(FP—MST)．In this article， the author will summarize pre