基于原子间相互作用的低温硅单晶负热膨胀机制的研究

运用晶格热膨胀的微扰理论,推导了硅晶体的热膨胀系数与原子间两体作用和三体作用的三阶力常数之间的关系公式,在此基础上对热膨胀系数的实验数据进行拟合,计算了硅晶体内的原子间两体和三体的三阶力常数,发现三体作用的三阶力常数3 U3(r1,r2,θ)/r1(2)2θ为正数,是硅晶体在低温下具有负热膨胀性质的根本原因.计算与分析的结果表明,运用Stillinger-Weber模型得到的三阶力常数3 U3(r1,r2,θ)/r1(2)2θ为负数,据此不可能计算得到低温下的负热膨胀系数,因此应该对该模型进行修正.