从第一性原理理解等网状金属-有机框架的声子性质
材料科学
2019-11-20 v3 化学物理
计算物理
摘要
金属-有机框架（MOFs）是由金属中心和有机连接体构成开放多孔结构的晶体材料。由于其巨大的内部表面积可用于多种潜在应用，已得到广泛研究。然而，尽管 MOFs 的声子性质与热导率和电导率、热膨胀及力学性质密切相关，其仍基本未被探索。在此，我们利用量子力学模拟对等网状 MOFs 的声子性质进行深入分析。我们考虑声子能带结构、模态的空间局域、投影态密度以及群速度分布。我们发现更复杂的连接体将声子态密度的谱权重移向更高频率，而增加节点中金属原子的质量则产生相反效果。由于 MOFs 的高孔隙率，我们观察到声学声子色散具有尤其显著的偏振依赖，其中纵向声学模态具有相当高的群速度。有趣的是，若干光学声子模态的群速度也达到数千 m/s。对于像 MOFs 这样的异质系统，将群速度与模态位移相关联尤为关键。在此我们发现高群速度通常与离域振动相关，而逆相关未必成立。为量化非谐性，我们计算了模态 Grüneisen 参数，发现其仅对频率低于约 3 THz 的声子显著。所呈现的结果为深入理解 MOF 的振动性质奠定了基础，从而为由明确声子性质系统之未来理性设计铺平道路。
引用
@article{arxiv.1907.02508,
title = {Understanding Phonon Properties in Isoreticular Metal-Organic Frameworks from First Principles},
author = {Tomas Kamencek and Natalia Bedoya-Martínez and Egbert Zojer},
journal= {arXiv preprint arXiv:1907.02508},
year = {2019}
}
备注
Supplemental Material available (http://link.aps.org/supplemental/10.1103/PhysRevMaterials.3.116003 )