[发明专利]含f电子金属电/热导率的第一性原理计算方法及系统

权利要求书

1.一种d电子与f电子之间的跃迁矩阵的计算方法，包括在位跃迁矩阵元的计算步骤，所述在位跃迁矩阵元表示为速度算符的期望，即：其中φ、φ′表示全电子分波函数，表示赝分波函数；

其特征在于：所述全电子分波函数和赝分波函数均采用径向部分与角度部分乘积的分解表达；

所述全电子分波函数和赝分波函数通过以下方式分解为径向部分与角度部分乘积的表达：

φ(r)＝R_nl(r)Y_lm(θ，φ)，

其中，n，l，m分别是主量子数、角动量量子数和磁量子数，θ和φ是球坐标系中的角度坐标，径向部分R_nl表示对应某个角动量量子数l的第n个分波函数，角度部分的Y_lm(θ，Φ)是球谐函数；

在对所述全电子分波函数和赝分波函数采用径向部分与角度部分乘积的分解表达之后，还进一步包括以下步骤：

步骤(1)：在球坐标系下计算全电子分波函数的梯度：

其中球坐标的三个坐标轴单位矢量表示为：

式中，和分别是笛卡尔坐标系中沿着x、y、z三个方向的单位矢量；

步骤(2)：将所述分解表达后的赝分波函数采取与步骤(1)相同的方式处理；

步骤(3)：将所述步骤(1)中表达代入得到：

其中，

步骤(4)：将步骤(2)中赝分波函数的对应表达，采取与步骤(3)相同的方式处理；

步骤(5)：根据步骤(3)的结果，将简化为：

其中，

步骤(6)：根据步骤(4)的结果，将简化为：

其中，

以及，采用解析计算的方法对进行求解，包括：

步骤(7-1)：令l＝2，l’＝3，m＝-2,-1,0,1,2，m’＝-3,-2,-1,0,1,2,3；

步骤(7-2)：令l＝2的情况下每一个m的所述取值，与l’＝3的情况下每一个m’的所述取值两两相互对应；

步骤(7-3)：利用解析计算方法，分别求得步骤(7-2)中每一组相对应的l、m、l’、m’取值时相应的值。

2.根据权利要求1所述的跃迁矩阵的计算方法，其特征在于：所述角度部分的Y_lm(θ,Φ)为实型球谐函数。

3.一种含f电子金属材料电导率、热导率的第一性原理计算方法，包括跃迁矩阵计算的步骤、基于跃迁矩阵计算结果计算Onsager系数的步骤，以及Onsager系数计算结果计算电导率和/或热导率的步骤；其特征在于：所述跃迁矩阵计算采用权利要求1-2任一所述的跃迁矩阵的计算方法。

4.一种含f电子金属材料电导率、热导率的第一性原理计算系统，其特征在于：包括第一原理分子动力学模拟模块、能带结构计算模块、平衡构型提取模块、跃迁矩阵计算模块、Onsager系数计算模块和电导热导计算模块；

所述第一原理分子动力学模拟模块用于进行第一原理分子动力学模拟；

所述平衡构型提取模块用于提取分子动力学模拟的平衡构型，并传递给所述能带结构计算模块以进行能带结构计算，得到能量本征值和本征函数；

所述跃迁矩阵计算模块根据能带结构计算结果，进一步计算跃迁矩阵；

所述Onsager系数计算模块基于跃迁矩阵计算结果，进一步计算Onsager系数；

所述电导热导计算模块根据Onsager系数计算结果，进一步计算电导率和/或热导率；

其中，所述跃迁矩阵计算模块采用权利要求1-2任一所述的跃迁矩阵的计算方法计算跃迁矩阵。