- Tính toán lượng tử cho hệ màng mỏng nano perovskite từ tính. - Trình bày các khái niệm cơ bản về phương pháp phiếm hàm mật độ: nguyên lý biến phân, phương trình Schrodinger. - mật độ trạng thái của electron. - Trình bày các lý thuyết của Hohenberg-Kohn, Kohn-Sham và các phương pháp xấp xỉ hiện đại được sử dụng trong Dmol3 (phương pháp LDA và. - cách cài đặt tính toán với Dmol3. - Đưa ra kết quả tính toán cho hệ CaMnO3 dưới dạng khối và màng mỏng có pha tạp Yttrium sử dụng phương pháp phiếm hàm mật độ với sự hỗ trợ của gói chương trình Dmol3: đặc điểm và tính chất vật liệu perovskite CaMnO3. - mô hình và phương pháp tính toán.. - Vật lý lý thuyết. - Màng mỏng. - Lĩnh vực tính toán số ngày nay đang phát triển rất mạnh mẽ. - Bằng việc tích hợp những biểu thức giải tích vào trong các chương trình, cùng với khả năng tính toán nhanh chóng hiệu quả của máy tính, lĩnh vực này tỏ ra là một công cụ rất mạnh trong việc giải quyết các vấn đề vật lý phức tạp đang gặp phải.. - Có rất nhiều phương pháp tính toán số trên máy tính được sử dụng trong vật lý học.. - Tùy từng lĩnh vực cụ thể, chúng ta có những phương pháp khác nhau. - Trong luận văn này, lý thuyết phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory - DFT) được sử dụng, tích hợp trong công cụ Dmol3 của gói phần mềm Material Studio. - Phương pháp phiếm hàm mật độ xuất hiện từ năm 1920 bắt đầu bằng các công trình của Thomas và Fermi. - Ý tưởng cơ bản của phương pháp phiếm hàm mật độ (DFT) là sự thay thế hàm sóng phức tạp của hệ nhiều hạt bằng một đại lượng đơn giản hơn là mật độ electron.. - Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của DFT, rất nhiều chương trình tính toán trên máy tính cho các hệ vật lý dựa trên DFT đã ra đời như: OpenMX, DACAPO, WIEN2K, ESPRESSO… Trong luận văn này gói chương trình Dmol3 được sử dụng vào nghiên cứu tính toán lượng tử cho hệ perovskite Oxides Manganite từ tính CaMnO 3 dưới dạng khối và màng mỏng có pha tạp Yttrium(Y). - Chương 1: Lý thuyết phiếm hàm mật độ.. - Chương 3: Tính toán lượng tử cho hệ perovskite Oxides Manganite từ tính CaMnO 3 dưới dạng khối và màng mỏng có pha tạp Yttrium.. - Chương 1: Trình bày các khái niệm cơ bản về phương pháp phiếm hàm mật độ, xuất phát từ việc giải quyết bài toán hệ nhiều hạt bằng cơ học lượng tử, từ những lý thuyết đầu tiên của Thomas và Fermi, sau đó đến các phương pháp xấp xỉ khi giải các bài toán này.. - Cũng qua chương này, tác giả cũng trình bày ngắn gọn các lí thuyết của Hohenberg-Kohn, Kohn-Sham và các phương pháp xấp xỉ hiện đại được sử dụng trong Dmol 3 (phương pháp LDA và GGA).. - Chương 2: Trong chương này đề cập đến các định lý cơ bản làm nền tảng cho lý thuyết phiếm hàm mật độ. - Cách thức hoạt động của Dmol3 và mô hình xây dựng tính toán cũng được nêu ra một cách chi tiết.. - Chương 3: Đưa ra những kết quả nghiên cứu chính đối với các perovskite dạng khối và màng mỏng CaMnO 3 có pha tạp Yttrium sử dụng phương pháp phiếm hàm mật độ với sự hỗ trợ của gói chương trình Dmol3. - Các kết quả tính toán trong luận văn này đều được biện luận về mặt vật lý.. - LÝ THUYẾT PHIẾM HÀM MẬT ĐỘ 1.1. - Nguyên lý biến phân là phương pháp tính gần đúng hàm sóng ở trạng thái Y tương ứng với 0 mức năng lượng E 0 . - Phương pháp gần đúng Hartree-Fock [10, 38]. - Trạng thái lượng tử của một hệ các hạt Fermion là phản đối xứng đối với sự trao đổi lẫn nhau của hai hạt bất kỳ. - Nguyên lí đã chỉ ra rằng, trong mỗi trạng thái đơn hạt chỉ có tối đa một hạt fermion.. - Mật độ electron. - Mật độ electron là đại lượng trung tâm xuyên suốt lý thuyết hàm mật độ. - Hàm mật độ electron có một số tính chất như sau:. - Lý thuyết này cho phép người ta thay thế hàm sóng phức tạp của hệ N electron bằng một đại lượng mới đơn giản hơn trong việc giải phương trình Schrödinger, đó chính là mật độ electron r. - Điều mà hai tác giả thấy rõ là có thể sử dụng các nghiên cứu thống kê để tính toán sự phân bố của các electron trong một nguyên tử. - Và các công thức tính toán đối với mật độ electron có thể được tìm ra từ những giả thiết này.. - Đầu tiên, họ lưu ý rằng một hệ điện tử cùng với một Hamiltonian cho trước có một năng lượng ở trạng thái cơ bản cũng như là hàm sóng ở trạng thái cơ bản, và được xác định hoàn toàn bằng cách tối thiểu hóa năng lượng tổng cộng như một phiếm hàm của hàm sóng. - Sau đó, họ lưu ý rằng khi thế ngoài cùng với số hạt electron hoàn toàn xác định Hamiltonian, những đại lượng đó sẽ xác định tất cả các tính chất của trạng thái cơ bản.. - Kohn quay về Mỹ từ Paris, ông tiếp tục nghiên cứu vấn đề tìm kiếm một sự xấp xỉ với phiếm hàm năng lượng chưa biết cùng với L. - Để có thể tìm được biểu thức cho động năng tốt hơn, họ giới thiệu các orbital không tương tác thay vì chỉ là mật độ trạng thái. - Việc sử dụng hệ thống xem như không tương tác, trong đó mật độ ở trạng thái cơ bản chính xác bằng với mật độ trạng thái cơ bản của hệ thống tương tác đầy đủ, họ đã thành công trong việc chỉ ra rằng, bất kì mật độ N -biểu diễn nào cũng có thể được phân tích duy nhất thành các orbital. - Trong phần này, tác giả sẽ trình bày một vài phương pháp xấp xỉ thông dụng. - Những phương pháp này, bao gồm hai phương pháp chính là phương pháp LDA và phương pháp GGA, đã được sử dụng trong gói chương trình DMOL 3 với sự điều chỉnh nhất định để tiện lợi trong tính toán.. - Dmol3 cho phép bạn xây dựng mẫu cấu trúc điện tử và năng lượng của phân tử, chất rắn và năng lượng bề mặt. - Phần mền này sử dụng lý thuyết DFT . - Bạn có thể nghiên cứu một. - Với Dmol 3 , bạn có thể có cấu trúc với độ chính xác cao, năng lượng tương tác, rào tương tác, tính chất nhiệt động lực học và phổ dao động.. - Dmol 3 có thể tính toán và làm việc với các nhiệm vụ khác nhau sau:. - Tính toán năng lượng tại một điểm đơn lẻ.. - Tìm ra cấu trúc hình học tối ưu.. - Tính toán đối với động lực học phân tử.. - Tối ưu chuyển trạng thái.. - Mỗi kiểu tính toán đòi hỏi phải thiết lập các tính chất và thông số hoá, lý cụ thể. - Thêm vào đó trong Dmol 3 có mục properties calculation (Tính chất của tính toán) cho phép bạn khởi tạo tính toán các tính chất phụ.. - Sử dụng Sketching tools để xây dựng cấu trúc phân tử.. - Sử dụng Polymer Builder để tạo cấu trúc polymer.. - Sử dụng Nanostructure Builder để tạo cấu trúc Nanostructures 2.1 Một số tính chất đặc trưng của Dmol 3 trong properties 2.1.1 Năng lượng. - Tổng năng lượng của phân tử hoặc tinh thể được hiểu là năng lượng xắp xếp cụ thể của các nguyên tử và được tính toán theo phương trình:. - å (2.2) Điểm không của năng lượng được chọn là năng lượng của toàn bộ electron và hạt nhân tại vô hạn vì vậy năng lượng này là âm tương ứng với trạng thái biên. - Không được nhầm lẫn đại lượng này với năng lượng liên kết của tinh thể.. - Đơn vị của năng lượng là Hartree(Ha) hoặc đơn vị nguyên tử (au):. - Bằng cách so sánh tổng năng lượng của các hệ khác nhau, bạn có thể tính toán nhiều tính chất khác nhau như:. - Rào năng lượng.. - Cường độ liên kết - Năng lượng hấp thụ.. - Tối ưu cấu hình. - Dmol 3 chạy chương trình lặp sao cho toạ độ của các nguyên tử thoả mãn năng lượng của cấu trúc hội tụ tại điểm ổn định nghĩa là tại đó các lực tác dụng lên các nguyên tử bằng không.. - Bạn có thể yêu cầu một sự tối ưu về năng lượng, tìm kiếm một năng lượng nhỏ nhất tương đối trên siêu năng lượng bề mặt. - Khi sử dụng tối ưu cấu hình bạn có thể:. - Tạo được cấu trúc chính xác của phân tử hoặc tinh thể.. - Xác định vị trí của một phân tử trên bề mặt có liên kết tối ưu.. - Có được năng lượng nhỏ nhất hoặc đồng phân tương ứng.. - Thuật toán của sự tối ưu hoá:. - Dmol 3 có thể sử dụng các thuật toán khác nhau để thực thi quá trình tối ưu, bao gồm: steepest descent, conjugate gradient, và phương thức Newton-Raphson. - Các tham số tối ưu hóa:. - Các tham số điều khiển độ chính xác của tính toán năng lượng có liên quan đến tối ưu cấu hình vì mỗi bước của sự tối ưu yêu cầu một sự tính toán năng lượng. - Chế độ cài đặt điều khiển ngưỡng hội tụ để thay đổi năng lượng, lực tác dụng lớn nhất, và khoảng cách hình học lớn nhất giữa các vòng tối ưu. - Quá trình tối ưu sẽ dừng lại nếu ít nhất hai trong ba tiêu chuẩn được thỏa mãn.. - Use starting Hessian: Bất cứ khi nào bạn đã tạo được một file Hessian (Một ma trận vi phân bậc hai) thì bạn có thể sử dụng nó để tối ưu cấu hình nhanh hơn. - Để dùng tốt thời gian tính toán cần sử dụng bước nhảy thời gian rộng. - Tìm trạng thái chuyển. - Khi một cấu trúc phân tử hoặc tinh thể được xây dựng, chúng ta phải tìm ra dạng hình học ổn định, được hiểu là sự tối ưu hình học. - Dmol 3 thực thi chương trình lặp trong đó toạ độ của các nguyên tử thoả mãn sao cho năng lượng cấu trúc tiến tới một điểm tĩnh (dừng) đó là điểm mà các lực tác dụng lên các nguyên tử bằng không. - Trạng thái chuyển là một điểm dừng mà năng lượng là lớn nhất theo một hướng (Hướng của toạ độ tương tác) và một năng lượng nhỏ nhất theo toàn bộ các hướng còn lại.. - Dmol 3 đưa ra hai cách khác nhau để tìm ra trạng thái chuyển.. - Tối ưu trạng thái chuyển: Khi sử dụng TS Optimization, Dmol 3 sẽ bắt đầu với một dự đoán hợp lý cho trạng thái chuyển và thực thi tìm kiếm thế năng bề mặt. - Điều này tương tự như tối ưu năng lượng nhưng thay vào đó là tìm năng lượng lớn nhất theo một chế độ thông thường.. - Bởi vì phương thức này cho phép một trong những vectơ sóng Hessian tiến đến một năng lượng lớn nhất (gọi là EF). - Chú ý rằng, bạn phải có một Hessian kết hợp với mô hình để thực thi tối ưu trạng thái chuyển. - Tìm trạng thái chuyển bằng phương pháp chuyển tiếp đồng bộ: Bắt đầu từ chất phản ứng và sản phẩm, phương pháp đồng bộ sẽ nội suy để tìm ra trạng thái chuyển. - Phương pháp này. - luân phiên tìm kiếm một năng lượng lớn nhất với rằng buộc tối ưu hóa để xác định trạng thái chuyển ở mức độ cao.. - Cuối cùng khi tính toán trạng thái chuyển thành công, bạn sẽ có một điểm dừng. - Rất khó để chứng minh điểm tĩnh đó thực sự tương ứng với trạng thái chuyển. - Một trạng thái chuyển đúng sẽ có tần số dao động ảo tương ứng với tọa độ phản ứng. - Một cấu trúc với hai hoặc nhiều hơn các tần số ảo không phải là trạng thái chuyển đúng.. - Đã đưa ra bảng tổng quan về phương pháp phiếm hàm mật độ (DFT) các phép gần đúng LDA, LSDA, GGA. - .sử dụng trong phương pháp này.. - Đã áp dụng Dmol 3 để khảo sát cấu trúc tối ưu của tinh thể, tổng năng lượng, năng lượng liên kết, khe năng lượng của CaMnO 3 và CaMnO 3 pha tạp Y phase cubic và orthorhombic ở hai loại vật liệu khối và màng mỏng.. - Các kết quả tính năng lượng tổng cộng, moment từ, hiệu ứng bề mặt, hệ số tương tác trao đổi góp phần giải thích các kết quả thực nghiệm về tinh thể CaMnO 3 và CaMnO 3. - Phys.: Condens