评估分子晶体基于超胞的声子计算中的计算捷径：以萘为启示性案例
材料科学
2020-04-07 v2
摘要
声子对有机半导体材料的多种性质有关键影响。例如，电荷与热输运依赖于低频声子，而对于其他性质（如自由能）则尤其取决于高频声子。对于所有这些量，都需要知道完整的声子能带结构，当使用如色散修正密度泛函理论（DFT）等方法时，对更复杂体系的模拟变得极其昂贵。因此，在本文中我们评估更近似方法的性能，包括密度泛函紧束缚（DFTB）以及一组复杂程度与精细度各异的力场（FF）。除仅比较声子能带结构外，我们还批判性地评估派生量（如温度依赖热容、均方位移热运动及温度依赖自由能）在多大程度上受声子能带描述缺陷的影响。作为基准体系，我们选择了（氘代）萘，因为它是迄今为止文献中唯一具有实验声子能带结构的有机半导体材料。总体而言，在近似方法中观察到最佳性能的是针对体系特定参数化的第二代力场。有趣的是，在低频区，对成键相互作用采用相当简化模型（如 General Amber Force Field）的力场也表现相当好。就所测试的 DFTB 参数化而言，我们得到单位胞体积的显著低估，导致低频区声子能量的明显高估。这无法通过依赖 DFT 计算的单位胞来弥补，因为使用该单位胞时 DFTB 声子频率显著低估实验值。
引用
@article{arxiv.2002.02689,
title = {Evaluating Computational Shortcuts in Supercell-Based Phonon Calculations of Molecular Crystals: The Instructive Case of Naphthalene},
author = {Tomas Kamencek and Sandro Wieser and Hirotaka Kojima and Natalia Bedoya-Martínez and Johannes P. Dürholt and Rochus Schmid and Egbert Zojer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.02689},
year = {2020}
}
备注
Supporting Information is available free of charge at https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jctc.0c00119