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【yzcluster个人文集】关于DOS的一点说明
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yjcmwgk 和loovfnd 建议写一个关于DOS的帖子。DOS是固体物理中的概念，以前在分子中用的不是很多。我以前曾经在第一原理版发帖子讨论过一些关于DOS的概念，主要是关于DOS和成键性质的关系。当然这个讨论是比较粗糙的。现在把它转发到分子模拟版，希望对大家有点用。主要目的有两个，一个是尽量对做化学的人解释清楚这个概念，说明不同DOS的用途以及所代表的含义。另一个，更为重要的是，类似于DOS，其实现在很多概念是量子化学与凝聚态物理不断融合的交汇点，在两个领域都有体现。熟悉这些概念对于进一步理解文献，或是写文章时从不同侧面说明自己的问题，都是有帮助的。 感兴趣的虫子可以看看，自然这只是抛砖引玉而已。  PS，1.如果我有错欢迎提出来，将给以金币奖励。因为你帮助了我纠正了一些我未曾发现的错误，一次10个金币。 2.如果对各种DOS，比如TDOS,LDOS,PDOS有疑问，可以尽管在分子版这个帖子提问，我会就我所知尽量给以答复。当然，对于其他凝聚态物理的概念和量子化学的概念也可以（比如分子轨道理论以及与群论的关系，能带理论等等），希望能够给分子版带来一点物理的东西。 原帖见下 http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=1322428 [ Last edited by yjcmwgk on 2010-6-16 at 21:55 ] |
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1.其实DOS是固体物理的概念，而非键（以及成键和反键等）是结构化学的概念，但是现在经常用在同一个体系说明不同的问题。先说一下非键，然后在把它跟BAND和DOS结合起来。 从结构化学的角度来说，分子轨道是由原子轨道线性组合而成。如果体系有n个原子轨道进行组合，就会产生n个分子轨道（即轨道数目守恒，其实从量子力学的角度，就是正交变换不会改变希尔伯特空间的维数）。这些分子轨道的能量，可以高于，近似等于，或是低于原子轨道的能量，它们分别对应于成键，非键，或是反键态。简单的说，非键轨道跟组成它的原子轨道能量差不多，如果有电子排在该轨道上，则对体系成键能量上没有太大帮助。 由于固体中的每个能带都是有许多原子轨道组合而成，简单的说，对于某一只能带，它的上半部对应化学上所谓的反键态，下半部分对应于成键态，而中部的区域对应于非键态。但是，由于能带是非常密集的，从而是连续（准连续的），对于某个具体的能级，往往很难说出具体是什么键态，如果这个能级不是对应于能带低，或是能带顶的话。而且，一般费米面附近的能带不仅仅由一种原子轨道扩展而成，而是不同种轨道杂化而成，要定量说明是比较难的。 2.关于金属，粗糙的说，金属中的电子是以电子气的情况出现，分布于整个金属所在的空间。正价离子实通过对“公共”电子气的吸引而聚集在一起。从化学上讲，金属键可以看做是一种共价键，只是没有饱和性和方向性。但是这种理解太粗糙。从固体物理的角度，金属中电子分布跟半导体，绝缘体（也就是电介质）类似，对基态都是按照能量最低排在能带上。只不过，金属的费米能级穿过电子所在的能带（也就是电子没有占满该能带），从而使得费米面附近的电子参与导电。所以，非键并不是我们说的自由电子，两者没有必然的联系。金属中的电子也不是完全的自由电子，其波函数还是受离子周期调制的布洛赫波，而非平面波。 3.离子键等不能在DOS中看，我发过专门的帖子。单纯的从DOS最多可以定性的看出杂化，但是不能看出杂化轨道中的电子究竟偏向哪个原子，因此不能看出离子键或是共价键的情况。最近我师弟问我一个很垃圾杂志上用DOS分析离子键或是共价键的文章，这个文章我看了一下，它的分析是错的。 4.根据我上面的说法，由于固体的“非键态”在DOS或是BAND的中部，当费米能级附近是非键态时，换句话说，就是表明费米能级穿越了能带的中部，说明电子没有占满，因此是金属晶体，是金属性的标识。这么理解有道理。 |
19楼2009-09-12 16:37:58
3楼2009-09-01 09:25:58
4楼2009-09-01 09:41:20
7楼2009-09-01 21:03:55