范德华相互作用对黑磷结构和弹性性质的影响

我们利用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了正交晶系黑磷的结构和弹性性质。我们使用局域密度近似（LDA）、广义梯度近似（GGA）以及多种包含范德华相互作用的色散修正计算了结构参数。研究发现，与实验结果相比，色散修正改进了 LDA 和 GGA 计算的晶格参数。计算很好地复现了压力下的实验趋势，并表明范德华相互作用对晶体学 b 轴最为重要，因为它们对磷层之间的键合影响最大。我们计算了弹性常数，发现其与实验值吻合良好。计算得到的弹性常数 C$_{22}$ 显著大于 C$_{11}$ 和 C$_{33}$ 参数，这意味着黑磷沿 a 轴抵抗应变的能力强于沿 b 轴和 c 轴。根据计算出的弹性常数，我们获得了体积模量、剪切模量、杨氏模量和泊松比等力学性质。计算得到的拉曼活性光学声子频率及其压力变化与现有实验结果非常吻合。