Bi2Se3、Bi2Te3和Sb2Te3的声子和热力学性质的第一性原理研究.pdfVIP

2015年 7月 西南民族大学学报 (自然科学版) Ju1．2015 第41卷第4期 JournalofSouthwestUniversityforNationalities(NaturalScienceEdition) V0I_41No．4 doi：10．11920／xnmdzk．2015．04．009 Bi2Se3、Bi2Te3和 Sb2Te3的声子和 热力学性质的第一性原理研究 周 彤 ，段 婕 ，张 莉 ，刘 以良 (1．四川大学原子与分子物理研究所，四川 成都 610065；2．西南民族大学电气信息工程学院，四川 成都 610041) 摘 要：基于第一性原理的密度泛函理论，在未考虑和考虑 自旋一轨道耦合 (SOC)的情况下分别优化拓扑绝缘体 Bi se3、Bi2Te3和sb2Te3的结构，计算它们的声子谱及热力学性质 ．基于广义梯度交换相关泛函及 SOC效应，计算得到三 种物质的声子频率比不考虑SOC时更吻合实验数据．最后计算出三种物质的赫尔姆赫兹 自由能F，内能E，等体热容 c和熵S随温度的变化趋势． 关键词：第一性原理；声子谱；热力学性质；自旋一轨道耦合 中图分类号：052 文献标志码：A 文章编号：2095-4271(2015)04-0443-06 First-principlescalculationsofphonon spectrum andthermodynam ic propertiesofBi2Se3，Bi2Te3andSb2Te3 ZHOU Tong ，DUAN Jie，ZHANG Li，LIU Yi-liang (1．InstituteofAtomicandMolecularPhysics，SichuanUniversity，Chengdu610065，P．R．C．； 2．SchoolofElectricalandInformationEngineering，SouthwestUniversityofrNationalities，Chengdu610041，PR．C．) Abstract：ThestructuresofBi2Se3，Bi2Te3andSb2Te3wereoptimizedusingdensity—functionaltheory(DFT)basedonfirst—win- cipleswithandwithoutspin-orbitcoupling(SOC)effect．PhononspecturmsandthermodynamicpropertiesofBi2Se3，Bi2Te3nad Sb2Te3werecalculated．Thephononspecturmsofrthethreecompoundswereperfomr edwithinthegeneralizedgradientapproxi— mation(GGA)includingSOCeffects．Theresultsshowedthatthecalculatedphononfrequenciesbymeansofoptimalstructures withSOCwereinbetterargeementwithexperimentaldatathanthatwithoutSOC．Finally，thevariationoftheirfreeenergy(F)， internalenergy(E)，specificheatatconstantvolume(Cv)andentropy(S)withdifferenttemperaturewerecalculated． Keywords：first—principles；phononspecturm；thermodynamicproperty；spin—orbitcoupling Bi：se、BiTe和 sb：Te，是一种层状材料，它们具 入地理解