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Phys. Rev. Lett. | 有效第一性原理方法对于固体中全声子非弹性散射的计算
Physical Review Letters 127, 207401(2021)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.207401
Editors' Suggestion
近日，物理类顶刊Physical Review Letters报道了关于固体中全声子非弹性散射的一种有效的第一性原理计算方法。众所周知，非弹性散射实验是测量固体中基态及非平衡状态中基本激发的全散射图谱的关键实验。根据声子激发对非弹性散射进行定量分析需要确定多声子过程的作用。本文中，作者开发了一种有效的第一性原理方法来计算固体的全声子量子力学结构因子。通过黑磷漫散射模式的测量和计算结果之间很好的一致性证明了该方法的有效性，表明了多声子过程起着重要作用。本方法可以用来解释静态和含时电子、X 射线和中子非弹性散射数据。
采用简谐近似，温度 T 下的全声子 LBJ 散射强度可以从以下表达式计算：
其中， 是Debye-Waller因子指数,声子因子指数 可由以下公式得到：
声子因子的评估解释了所有声子过程对散射强度的影响，包括发射和吸收。现在考虑它在公式一中的泰勒展开式。并保留零阶项，可以得到布拉格衍射强度为：
这里运用求和规则。根据相似的思路，保持一阶项产生一声子散射：
扩展中的后续高阶项对应于一个以上声子的非弹性激发。因此，将全声子散射强度写为零声子项、一声子项和多声子项的总和，即，
其中部分计算结果如下：
结果表明，计算结果在热声子群具有高度各向异性。单声子散射强度可以和实验很好的匹配。当然小编在这里不能一一解读作者的智慧，有兴趣的小伙伴可以仔细阅读本文，值得注意的是这个可是PRL编辑推荐哦。