材料的多尺度建模——概念与实例

对于绝缘材料，本文考虑了将量子固体近似表示为等效的复合半经典固体。该复合体由在势能面上运动的点离子组成。在经典体相区域，该势能由构建的对势表示，以给出与底层量子固体相同的结构和弹性性质。在小的局部量子区域，势能由电子结构的详细量子计算确定。主要的新内容包括：1) 根据平衡结构和应变结构的量子数据确定对势；2) 发展赝原子以对电荷密度进行真实处理，其中为定义量子区域而断开了化学键；3) 考虑环境对量子区域的极化效应。本文以二氧化硅纳米棒为例详细说明了这一形式结构。对于所考虑的每种构型，均以量子力学方式计算整个固体的电荷密度，以提供评判该建模准确性的参考基准。随后表明，量子棒、由经典对势构建的棒以及复合经典/量子棒均具有相同的平衡结构和弹性应变响应。结果表明，该建模的准确性适用于底层量子力学中两种截然不同的量子化学方法：转移哈密顿方法和密度泛函方法。