Berry phases and dielectric polarization

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Helsinki University of Technology | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Location:
P1 Ark TF80

Authors

Date

1998

Department

Teknillisen fysiikan ja matematiikan osasto

Major/Subject

Fysiikka

Mcode

Tfy-3

Degree programme

Language

en

Pages

67

Series

Abstract

Berryn vaihetekijä on kvanttimekaaninen vaihetekijä, joka riippuu vain kvanttimekaanisen systeemin geometrisista ominaisuuksista. Viimeisten 15 vuoden aikana tätä vaihetekijää on tutkittu ahkerasti hyvin erilaisissa fysikaalisissa systeemeissä ja sen avulla on selitetty fysikaalisia ilmiöitä, joille ei aikaisemmin löytynyt täsmällistä selitystä. Yksi näistä ilmiöistä on eristeiden makroskooppinen polarisaatio ja erityisesti sen mikroskooppinen teoria. Ennen kuin polarisaation ja Berryn vaihetekijöiden välinen yhteys huomattiin polarisaatiolle ei ollut olemassa fysikaalisesti oikeaa mikroskooppista teoriaa. Tässä työssä Berryn vaihetekijään perustuvat kaavat dielektriselle polarisaatiolle johdetaan yksityiskohtaisesti geometristen vaihetekijöiden ja polarisaation perusteorioista lähtien. Tärkeimpien tulosten seikkaperäisen johtamisen tarkoituksena on selkeyttää teorian monimutkaisempia osia, jotka usein jätetään huomiotta alan kirjallisuudessa. Erityisen tärkeää on polarisaatiokaavojen diskretointi, koska näitä diskretoituja kaavoja voidaan edelleen käyttää laskennallisessa tutkimuksessa. Työssä toteutettiin Berryn vaihetekijään perustuva polarisaation laskentamenetelmä osana tasoaalto-pseudopotentiaalikoodia FINGER. Tämä toteutus mahdollistaa sellaisten eristeiden ominaisuuksien kuten Born efektiivisten varausten ja pietsosähköisten vakioiden tehokkaan ja suoraviivaisen laskemisen. Vanderbilt-pseudopotentiaalien vaatima korjaus polarisaatiolaskuihin on myös toteutettu osana koodia, joten monia mielenkiintoisia esim. happi- tai typpiatomeita sisältäviä eristeitä voidaan tutkia laskennallisesti. Polarisaatiolaskentaohjelman toteutus on suunniteltu joustavaksi, jotta sitä voitaisiin käyttää myös muiden elektronirakennelaskumenetelmien kanssa. Berryn vaihetekijään perustuvaa polarisaation laskumenetelmää sovellettiin yhdistepuolijohteiden efektiivisten varausten laskemiseen. Tämä sovellus mahdollistaa laskutulosten konvergenssin tutkimisen ja suoran vertailun toisilla menetelmillä laskettuihin tuloksiin ja kokeellisiin mittauksiin. Berryn vaihetekijämenetelmä pystyi toistamaan kokeelliset ja aikaisemmat laskennalliset tulokset erittäin hyvin, joten tulevaisuudessa tässä työssä kehitettyä koodia voidaan käyttää vaikeampien materiaalien tutkimiseen.

Description

Supervisor

Nieminen, Risto M.

Keywords

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020120445148

Collections

[dipl] Teknillinen korkeakoulu / TKK