Authors: Cote A.S.; Morrison I.; Cui X.; Jenkins S.; Ross D.K.

Source: Canadian Journal of Physics, Volume 81, Numbers 1-2, January 2003 , pp. 115-122(8)

Publisher: NRC Research Press

Abstract:

We present the results of first-principles computational studies of the dynamical properties of hexagonal ice using both the ab-initio pseudopotential method and the full-potential augmented plane-wave method. Properties obtained using both the generalized gradient approximation (GGA) and the meta-GGA in density-functional theory are compared. The lattice-dynamical properties of the structures are obtained using a finite-difference evaluation of the dynamical matrix and force-constant matrix from atomic forces. Phonon dispersion is evaluated by the direct determination of the force-constant matrix in supercells derived from the primitive molecule unit cells with the assumption that force constants are zero beyond the second molecular nearest neighbors. The k-dependent phonon frequencies are then obtained from the force-constant matrix and dispersion relations, and the Brillouin-zone integrated density of states is evaluated. The importance of phonon dispersion in the various regions of the phonon spectra is then assessed and compared to existing neutron-scattering data. Frozen-phonon calculations are used to compare phonon frequencies evaluated in both the GGA and meta-GGA. PACS Nos.: 61.12Ex, 63.20Dj

Nous présentons les résultats de calculs fondamentaux des propriétés dynamiques de la glace hexagonale utilisant les deux méthodes du pseudo-potentiel ab initio et de l'onde plane augmentée du potentiel complet. Nous comparons les propriétés obtenues, utilisant d'une part l'approximation du gradient généralisé (GGA) et d'autre part du méta-GGA pour la fonctionnelle de densité. Les propriétés dynamiques en réseau des structures sont déterminées en solutionnant par différences finies les matrices dynamiques et les matrices de constantes de force obtenues des forces atomiques. Nous évaluons la dispersion des phonons en déterminant directement la matrice de constantes de force dans les super-cellules dérivées des cellules moléculaires primitives, dans l'hypothèse où les constantes de force sont nulles au delà du deuxième plus proche voisin. La dépendance en k de la fréquence des phonons est alors obtenue de la matrice de constantes de force et des relations de dispersion et la densité d'états intégrée de la zone de Brillouin est aussi évaluée. L'importance de la dispersion des phonons dans les diverses régions du spectre est alors estimée et comparée aux données existantes en diffusion de neutrons. Nous utilisons des calculs sur phonons gelés pour comparer les fréquences de phonon dans les deux approches, GGA et méta-GGA. [Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research article

Publication date: 2003-01-01

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