CN109684765A - 一种光学声子振动模式识别方法和装置 - Google Patents

一种光学声子振动模式识别方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光学声子振动模式识别方法和装置，涉及电磁特性仿真计算技术领域。其中，本发明的光学声子振动模式识别方法包括：计算立方晶系材料的声子谱，并根据所述声子谱确定光学声子波矢和原子振动本征矢量；将所述光学声子波矢和所述原子振动本征矢量转换至直角坐标系中，以得到转换后的光学声子波矢和转换后的原子振动本征矢量；将转换后的光学声子波矢和转换后的原子振动本征矢量作矢量点乘运算，并根据矢量点乘运算结果识别光学声子振动模式。通过以上步骤，能够实现对立方晶系材料的声子模式类别的准确识别，有助于后续精确计算介电常数，为电磁仿真计算以及材料介电性质的研究提供了有力支撑。

Description

一种光学声子振动模式识别方法和装置
技术领域
本发明涉及电磁特性仿真计算技术领域，尤其涉及一种光学声子振动模式识别方法和装置。
背景技术
太赫兹波段的电磁特性计算具有广泛的应用价值。在计算电磁特性时，如何精确计算材料的介电常数是一个关键问题。
通常，为了精确计算材料的介电常数，需要建立准确的介电常数模型，并需要精确确定模型中的未知参数。目前，可依据一维双原子链模型、以及波恩黄昆的唯象方程建立准确的介电常数理论模型。其中，该模型中的未知参数—横/纵光学声子振动模式的辨别是一个关键问题。
由于晶体的晶系、晶体原胞内不同原子数量，以及各向同性、各向异性的差别，导致沿主轴方向的声子传播方向和原子振动的本征矢量间的关系发生变化，甚至导致光学声子横/纵振动频率混合，进而给准确辨别光学声子振动模式带来了困难。
在研究本发明的过程中，本发明的发明人发现：现有技术中并没有针对立方晶系晶体的光学声子振动模式进行精确识别的方法，因此给后续立方晶系晶体的介电常数的精确计算带来困难。
因此，针对以上不足，需要提供一种光学声子振动模式识别方法和装置。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有技术中无法针对立方晶系晶体的光学声子振动模式进行精确识别的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种光学声子振动模式识别方法。
本发明的光学声子振动模式识别方法包括：计算立方晶系材料的声子谱，并根据所述声子谱确定光学声子波矢和原子振动本征矢量；将所述光学声子波矢和所述原子振动本征矢量转换至直角坐标系中，以得到转换后的光学声子波矢和转换后的原子振动本征矢量；将转换后的光学声子波矢和转换后的原子振动本征矢量作矢量点乘运算，并根据矢量点乘运算结果识别光学声子振动模式。
可选地，所述根据矢量点乘运算结果识别光学声子振动模式的步骤包括：若所述矢量点乘运算结果为1，则将所述光学声子振动模式识别为光学声子纵波模式；若所述矢量点乘运算结果为0，则将所述光学声子振动模式识别为光学声子横波模式。
可选地，所述计算立方晶系材料的声子谱的步骤包括：根据密度泛函理论计算关键参数，根据所述关键参数计算立方晶系材料的声子谱；所述关键参数包括：交换关联能、原子赝势、截断能。
为了解决上述技术问题，第二方面，本发明提供了一种光学声子振动模式识别装置。
本发明的光学声子振动模式识别装置包括：确定模块，用于计算立方晶系材料的声子谱，并根据所述声子谱确定光学声子波矢和原子振动本征矢量；转换模块，用于将所述光学声子波矢和所述原子振动本征矢量转换至直角坐标系中，以得到转换后的光学声子波矢和转换后的原子振动本征矢量；识别模块，用于将转换后的光学声子波矢和转换后的原子振动本征矢量作矢量点乘运算，并根据矢量点乘运算结果识别光学声子振动模式。
可选地，所述识别模块根据矢量点乘运算结果识别光学声子振动模式包括：若所述矢量点乘运算结果为1，则所述识别模块将所述光学声子振动模式识别为光学声子纵波模式；若所述矢量点乘运算结果为0，则所述识别模块将所述光学声子振动模式识别为光学声子横波模式。
可选地，所述计算立方晶系材料的声子谱的步骤包括：根据密度泛函理论计算关键参数，根据所述关键参数计算立方晶系材料的声子谱；所述关键参数包括：交换关联能、原子赝势、截断能。
为了解决上述技术问题，第三方面，本发明提供了一种电子设备。
本发明的电子设备包括：一个或多个处理器；以及，存储装置，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明的光学声子振动模式识别方法。
为了解决上述问题，第四方面，本发明还提供了一种计算机可读介质。
本发明的计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现本发明的光学声子振动模式识别方法。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：通过根据立方晶系材料的声子谱确定光学声子波矢和原子振动本征矢量，将所述光学声子波矢和所述原子振动本征矢量转换至直角坐标系中，将转换后的光学声子波矢和转换后的原子振动本征矢量作矢量点乘运算，并根据矢量点乘运算结果识别光学声子振动模式这些步骤，能够实现对立方晶系材料的声子模式类别的准确识别，有助于后续精确计算介电常数，为电磁仿真计算以及材料介电性质的研究提供了有力支撑。
附图说明
图1是本发明实施例一中的光学声子振动模式识别方法的流程示意图；
图2是CdTe晶体中声子波矢方向与原子振动方向平行的示意图；
图3是CdTe晶体中声子波矢方向与原子振动方向垂直的示意图；
图4是本发明实施例二中的光学声子振动模式识别装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供的光学声子振动模式识别方法包括：
步骤S101、计算立方晶系材料的声子谱，并根据所述声子谱确定光学声子波矢和原子振动本征矢量。
示例性地，所述计算立方晶系材料的声子谱具体包括：根据密度泛函理论计算关键参数，根据所述关键参数计算立方晶系材料的声子谱。其中，所述关键参数可包括交换关联能、原子赝势、截断能、K points(K网格)等。在计算得到声子谱之后，可在布里渊区中沿不同路径逼近波矢等于零的那个点，并将逼近的路径作为光学声子波矢。另外，可提取沿逼近Γ点的声子波矢，进而基于该声子波矢计算得到原子振动的本征矢量。
步骤S02、将所述光学声子波矢和所述原子振动本征矢量转换至直角坐标系中，以得到转换后的光学声子波矢和转换后的原子振动本征矢量。
其中，所述光学声子波矢为倒格矢空间向量，其可由倒格矢基矢 表示成：
其中，原子振动的本征矢量为正格失空间向量，其可由正格矢基矢表示成：
进一步，由于立方晶系的晶格基失和直角坐标系的基失重合，因此，原子振动的本征矢量，可由直角坐标系下的基矢表示成：
由于无论是正格矢坐标系还是倒格矢坐标系，其坐标轴不一定是严格垂直的，因此需将光学声子波矢和原子振动的本征矢量变换到直角坐标系。
在该步骤中，可根据倒格矢基矢与正格失基矢的关系将光学声子波矢转换至直角坐标系下。具体来说，倒格矢基矢与正格失基矢的关系如下：
进而，可将倒格矢空间下的光学声子波矢转换至直角坐标系下，以得到转换后的光学声子波矢qafter＝(q1,q2,q3)。
步骤S103、将转换后的光学声子波矢和转换后的原子振动本征矢量作矢量点乘运算，并根据矢量点乘运算结果识别光学声子振动模式。
具体来说，若所述矢量点乘运算结果为1，则将所述光学声子振动模式识别为光学声子纵波模式；若所述矢量点乘运算结果为0，则将所述光学声子振动模式识别为光学声子横波模式。
在本发明实施例中，通过以上步骤能够实现对立方晶系材料的声子模式类别的准确识别，有助于后续精确计算介电常数，为电磁仿真计算以及材料介电性质的研究提供了有力支撑。
下面结合一具体示例对本发明实施例的光学声子振动模式识别方法进行详细说明。
在该具体示例中，立方晶系材料具体为CdTe晶体。为了获得CdTe晶体在太赫兹波段的介电常数，需要分辨在Γ点处光学声子色散谱频率所对应的振动模式。
光学声子的振动模式分为以下两种：光学声子纵波模式和光学声子横波模式。对于光学声子纵波模式来说，光学声子传播方向与原子振动方向平行，如图2所示；对于光学声子横波模式来说，光学声子传播方向与原子振动方向垂直，如图3所示。
在该具体示例中，可先通过步骤S101确定光学声子波矢为同时可通过LDA(局域密度近似)方法确定光学声子的频率为5.111THz；通过步骤S102将其变换到直角坐标系下，可得直角坐标系下的光学声子波矢为通过步骤S101确定由正格矢基矢表示下的原子振动本征矢量为：由于CdTe晶体的正格矢基矢与直角坐标系中的基矢重合，因此直角坐标系下的原子振动本征矢量仍为：通过步骤S103，可得到光学声子波矢与原子振动本征矢量的点乘运算结果为1，表示光学声子波矢平行于原子振动本征矢量(即光学声子传播方向平行于原子振动方向)，表明频率为5.111THz的光学声子振动模式为光学声子纵波模式。
实施例二
如图4所示，本发明实施例提供的光学声子振动模式识别装置400包括：确定模块401、转换模块402、识别模块403。
确定模块401，用于计算立方晶系材料的声子谱，并根据所述声子谱确定光学声子波矢和原子振动本征矢量。
示例性地，确定模块401计算立方晶系材料的声子谱具体包括：根据密度泛函理论计算关键参数，根据所述关键参数计算立方晶系材料的声子谱。其中，所述关键参数可包括交换关联能、原子赝势、截断能、K points(K网格)等。在计算得到声子谱之后，可在布里渊区中沿不同路径逼近波矢等于零的那个点，并将逼近的路径作为光学声子波矢。另外，可提取沿逼近Γ点的声子波矢，进而基于该声子波矢计算得到原子振动的本征矢量。
转换模块402，用于将所述光学声子波矢和所述原子振动本征矢量转换至直角坐标系中，以得到转换后的光学声子波矢和转换后的原子振动本征矢量。
其中，所述光学声子波矢为倒格矢空间向量，其可由倒格矢基矢 表示成：
其中，原子振动的本征矢量为正格失空间向量，其可由正格矢基矢表示成：
进一步，由于立方晶系的晶格基失和直角坐标系的基失重合，因此，原子振动的本征矢量，可由直角坐标系下的基矢表示成：
由于无论是正格矢坐标系还是倒格矢坐标系，其坐标轴不一定是严格垂直的，因此需将光学声子波矢和原子振动的本征矢量变换到直角坐标系。
具体来说，转换模块402可根据倒格矢基矢与正格失基矢的关系将光学声子波矢转换至直角坐标系下。具体来说，倒格矢基矢与正格失基矢的关系如下：
进而，转换模块402可将倒格矢空间下的光学声子波矢转换至直角坐标系下，以得到转换后的光学声子波矢qafter＝(q1,q2,q3)。
识别模块403，用于将转换后的光学声子波矢和转换后的原子振动本征矢量作矢量点乘运算，并根据矢量点乘运算结果识别光学声子振动模式。
具体来说，识别模块403根据矢量点乘运算结果识别光学声子振动模式包括：若所述矢量点乘运算结果为1，则识别模块403将所述光学声子振动模式识别为光学声子纵波模式；若所述矢量点乘运算结果为0，则识别模块403将所述光学声子振动模式识别为光学声子横波模式。
在本发明实施例中，通过以上装置能够实现对立方晶系材料的声子模式类别的准确识别，有助于后续精确计算介电常数，为电磁仿真计算以及材料介电性质的研究提供了有力支撑。
另一方面，本发明还提供了一种电子设备，该电子设备可包括：一个或多个处理器；以及，存储装置，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明实施例的光学声子振动模式识别方法。
作为再一方面，本发明还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该设备执行时，使得该设备执行以下流程：计算立方晶系材料的声子谱，并根据所述声子谱确定光学声子波矢和原子振动本征矢量；将所述光学声子波矢和所述原子振动本征矢量转换至直角坐标系中，以得到转换后的光学声子波矢和转换后的原子振动本征矢量；将转换后的光学声子波矢和转换后的原子振动本征矢量作矢量点乘运算，并根据矢量点乘运算结果识别光学声子振动模式。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种光学声子振动模式识别方法，其特征在于，所述方法包括：
计算立方晶系材料的声子谱，并根据所述声子谱确定光学声子波矢和原子振动本征矢量；
将所述光学声子波矢和所述原子振动本征矢量转换至直角坐标系中，以得到转换后的光学声子波矢和转换后的原子振动本征矢量；
将转换后的光学声子波矢和转换后的原子振动本征矢量作矢量点乘运算，并根据矢量点乘运算结果识别光学声子振动模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据矢量点乘运算结果识别光学声子振动模式的步骤包括：
若所述矢量点乘运算结果为1，则将所述光学声子振动模式识别为光学声子纵波模式；若所述矢量点乘运算结果为0，则将所述光学声子振动模式识别为光学声子横波模式。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算立方晶系材料的声子谱的步骤包括：
根据密度泛函理论计算关键参数，根据所述关键参数计算立方晶系材料的声子谱；所述关键参数包括：交换关联能、原子赝势、截断能。
4.一种光学声子振动模式识别装置，其特征在于，所述装置包括：
确定模块，用于计算立方晶系材料的声子谱，并根据所述声子谱确定光学声子波矢和原子振动本征矢量；
转换模块，用于将所述光学声子波矢和所述原子振动本征矢量转换至直角坐标系中，以得到转换后的光学声子波矢和转换后的原子振动本征矢量；
识别模块，用于将转换后的光学声子波矢和转换后的原子振动本征矢量作矢量点乘运算，并根据矢量点乘运算结果识别光学声子振动模式。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述识别模块根据矢量点乘运算结果识别光学声子振动模式包括：
若所述矢量点乘运算结果为1，则所述识别模块将所述光学声子振动模式识别为光学声子纵波模式；若所述矢量点乘运算结果为0，则所述识别模块将所述光学声子振动模式识别为光学声子横波模式。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述计算立方晶系材料的声子谱的步骤包括：
根据密度泛函理论计算关键参数，根据所述关键参数计算立方晶系材料的声子谱；所述关键参数包括：交换关联能、原子赝势、截断能。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至3中任一所述的方法。
8.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至3中任一所述的方法。
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