稀土与重金属颜料及其颜色的第一性原理研究
强关联电子
2013-01-16 v1 材料科学
摘要
许多无机颜料含有对健康和环境有害的重金属。人们已投入大量精力寻找基于稀土元素的无毒替代品。然而，从第一性原理计算颜色对电子结构方法而言是一项挑战，尤其是对于具有局域 f 轨道的材料。在此，我们仅从原子位置出发，计算了红色颜料氟硫化铈 (CeSF) 以及硫化汞 (HgS，经典“朱砂”) 的颜色。我们的方法采用多体理论计算光吸收，并结合中等尺度模型化来评估着色如何依赖于薄膜厚度、颜料浓度和粒度。我们引入了一个定量标准来衡量颜料的性能。对于 HgS，由于宽带之间存在较大的跃迁矩阵元，该标准得以满足；而 CeSF 则呈现了一种替代范式：其明亮的红色被证明源于准二维性与 4f 态局域性质的共同效应。我们的工作展示了现代计算方法的力量，这对具有特定光学性质的材料理论设计具有启示意义。
引用
@article{arxiv.1301.0630,
title = {Rare-Earth vs. Heavy Metal Pigments and their Colors from First Principles},
author = {Jan M. Tomczak and L. V. Pourovskii and L. Vaugier and A. Georges and S. Biermann},
journal= {arXiv preprint arXiv:1301.0630},
year = {2013}
}
备注
6 pages, 5 figures, and supporting information