一种计算固体材料四阶弹性常数的第一性原理方法
材料科学
2023-05-03 v1 计算物理
摘要
本文提出了一种第一性原理方法，用于计算具有立方和六方对称性的晶体高达四阶的弹性常数。该方法依赖于第二类Piola-Kirchhoff应力张量的数值微分，以及一种密度泛函理论方法，用于计算参考状态下一组最小应变构型的柯西应力张量。对于立方和六方对称性的晶体，计算二阶、三阶和四阶独立弹性常数所需的应变构型数量分别为24和37。本文将这种方法应用于五种立方对称性的晶体材料（金刚石、硅、铝、银和金）以及两种具有六方密堆积结构的金属（铍和镁）。我们的结果与现有的实验数据和先前的计算研究进行了比较。计算得到的线性和非线性弹性常数还被用于材料的非线性弹性处理中，以预测零温下一定压力区间内的体积和体模量值。为了进一步验证我们的方法，这些预测与显式密度泛函理论计算得到的结果进行了比较。
引用
@article{arxiv.2302.01965,
title = {A first-principles method to calculate fourth-order elastic constants of solid materials},
author = {Abhiyan Pandit and Angelo Bongiorno},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.01965},
year = {2023}
}