Динамическая матрица и фононы в кристаллах инертных газов при высоких давлениях

Abstract

Представлены неэмпирические количественные исследования динамики решеток сжатых кристаллов инертных газов (КИГ) с выходом за рамки адиабатического приближения. Целью работы является построение динамической матрицы, позволяющей рассчитать фононные частоты ряда Ne−Xe в любой точке зоны Бриллюэна (BZ). Вклады в динамическую матрицу дальнодействующих кулоновских и ван-дер-ваальсовых сил представляют собой структурные суммы, зависящие только от типа решетки. Вычисление структурных сумм для ГЦК-решетки проведено методом Эвальда, Эмерслебена, а также прямым суммированием по векторам ГЦК-решетки. Использование в последнем случае 20 сфер обеспечивает точность не менее четырех значащих цифр. Исследование роли электрон-фононного взаимодействия в пяти точках высокой симметрии BZ (X, L, U, K, W) при больших степенях сжатия показало, что происходит «размягчение» не только продольных мод фононов (в тт. X, L), но и поперечных мод (в тт. U, K, W).

Nonempirical quantitative investigations of the lattice dynamics of compressed inert gas crystals (IGC) have been performed outside the framework of adiabatic approximation. The aim is to construct a dynamic matrix to calculate phonon frequences of the Ne−Xe series at any point of the Brillouin zone. Contributions to the dynamic matrix from the long-range Coulomb and Van der Waals forces are structural sums depending only on lattice type. For the fcc lattice the structural sums were calculated by the Evald, Emersleben method and by direct summation over the fcc lattice vectors. In the latter case, 20 spheres ensure accuracy to within not less than four significant digits. Investigation of the role of electron-phonon interaction at five high-symmetry points (X, L, U, K, W) of the Brillouin zone for high compression ratios has shown that there occurs the softening of not only longitudinal modes of phonons (at points X, L) but of the transverse ones (at points U, K, W).