MgSiO3状态方程的分子动力学模拟

利用分子动力学方法,研究了高温高压下钙钛矿结构MgSiO_3的状态方程。研究表明,分子动力学模拟结果精确地再现了广泛温度和压强范围内MgSiO_3的摩尔体积。在300 K压强上升到140 GPa模拟的MgSiO_3状态方程和有效的实验值、他人的拟合值以及基于局域密度近似的第一原理计算结果基本一致。并且更高温度和更高压强下模拟的MgSiO_3状态方程和他人的计算值吻合的很好。另外,还分别计算了300、900、2000和3000 K压强上升到120 GPa时MgSiO_3的体积压缩率。     

下地幔条件下钙钛矿结构MgSiO3熔化行为的研究

利用分子动力学方法结合有效的对势,模拟了下地幔条件下钙钛矿结构MgSiO3的熔化曲线．研究表明,分子动力学模拟结果精确地再现了广泛压强范围内钙钛矿结构MgSiO3的状态方程,并且熔化曲线与最新的实验结果也符合的很好．在压强上升到下地幔压强范围内,压强低于60 GPa时的钙钛矿结构MgSiO3熔化曲线比较陡,接着变得平缓．在核幔边界压强135 GPa时,钙钛矿结构MgSiO3的熔化温度是6500 K,明显低于Zerr和Boehler实验结果的外推结果．     

CaF2熔化温度的分子动力学模拟

利用壳层模型分子动力学方法,研究了高温高压条件下CaF2的熔化温度,同时计算了温度为300K、压强上升到100GPa时CaF2 的状态方程.研究中考虑了分子动力学模拟的过热熔化,通过晶体的现代熔化理论,对CaF2 的分子动力学模拟熔化温度进行了修正, 获得了高温高压下CaF2的熔化温度.因此,常压下壳层模型分子动力学方法为研究物质熔化提供了一个很好的方法.     

高温高压下MgSiO_3熔体结构的第一性原理分子动力学研究

基于第一性原理分子动力学方法,计算了MgSiO3熔体在0~144GPa、2 000~6 000K的微观结构及其随压力、温度的变化特征。计算的近零压2 000K下O—Si、O—Mg和O—O对分布函数的第一峰值位置分别为0.163 5、0.197 0和0.269 5nm,与实验结果吻合很好。随着压力和温度的变化,MgSiO3熔体结构发生了显著变化,尤其是随着压力增加,结构变得更致密;当密度为4.59g/cm3时,原子间的平均键长随温度(小于5 000K)增加而减小,在常压和更高的压力下,原子间的平均键长随温度变化不明显。在133GPa、4 000K条件下,MgSiO3熔体的O—Si、O—Mg和O—O平均键长分别为0.161 0、0.183 5和0.230 0nm;从地表常压到核幔边界压力,平均Si—O配位数从4变到6,桥氧数目比例由31.3%增高到72.9%。MgSiO3熔体微观结构的认识对了解地幔内硅酸盐流体性质及其对地幔动力学的影响有重要意义。     

新的相互作用势对MD模拟钙钛矿结构MgSiO3热力学性质的影响

通过分析势能曲线解释了钙钛矿结构MgSiO3熔化模拟过程中模拟熔化温度存在较大差异的原因，并进一步研究了对势参数在分子动力学模拟中的影响. 通过调整已有的经验势得到了一组新的势参数，以此来进行分子动力学研究，得到的常温常压下摩尔体积与Belonoshko和Dubrovinsky的结果符合较好，并且其状态方程、常压下热容和常压下热膨胀系数与他人的实验值都较好地吻合. 另外，所得到的熔化温度也与以前的研究进行了比较.     

MgSiO3钙钛矿高温高压特性的第一性原理研究

本文采用第一性原理方法,计算了MgSiO3钙钛矿在零温和0 ~ 150 GPa静水压范围内的晶体结构和弹性模量,并利用准简谐近似Debye模型,拟合三阶Birch-Murnaghan物态方程得到了其高温高压下的热力学性质。通过与现有的理论和实验的结果数据比较,确认在0 ~ 2000 K的温度区间内,第一性原理计算结合Debye模型能够较可靠地模拟在下地幔压力范围内MgSiO3钙钛矿的热力学性质。     

铀高压状态方程的第一原理研究北大核心CSCD

利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,研究了铀的状态方程。基态计算结果表明:在100GPa的压强范围内,α-U结构是最稳定的相。利用量子分子动力学方法(QMD),计算了有限温度下的状态方程,在此基础上计算了冲击Hugoniot点,并与实验数据及其他理论计算结果进行了比较,结果表明:在100GPa以下的压力区域内,QMD计算结果与实验结果符合得很好,而用快速计算状态方程(QEOS)方法计算的结果偏软。     

铀高压状态方程的第一原理研究

利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,研究了铀的状态方程。基态计算结果表明:在100GPa的压强范围内,α-U结构是最稳定的相。利用量子分子动力学方法(QMD),计算了有限温度下的状态方程,在此基础上计算了冲击Hugoniot点,并与实验数据及其他理论计算结果进行了比较,结果表明:在100GPa以下的压力区域内,QMD计算结果与实验结果符合得很好,而用快速计算状态方程(QEOS)方法计算的结果偏软。     

6H型六方钙钛矿相BaGeO3的高温高压合成

利用金刚石对顶砧高压装置,结合显微激光双面加热技术,对BaGeO_3开展了高温高压实验研究。常温常压下赝硅灰石相的BaGeO_3于12 GPa左右开始非晶化。进一步加压到22 GPa并对已完全非晶化的BaGeO_3样品进行(1 800±200) K的高温处理,拉曼光谱显示其转变成一种未见报道的高压新相。在0～17.4 GPa压力范围对BaGeO_3高压新相开展同步辐射X射线衍射测试,其衍射谱可以用6H型六方钙钛矿相进行指标化,并且卸压到常压时仍保持稳定。以6H型钙钛矿相为结构模型,分别对17.4 GPa和常压下的X射线衍射谱进行Rietveld结构精修,获得其结构参数。应用二阶Birch-Murnaghan状态方程拟合实验体积-压力数据,得到其体弹模量K0=150(2) GPa和零压晶胞体积V0=373.0(3)?3。在实验研究的基础上,对6H型钙钛矿相BaGeO_3进行第一性原理理论计算,所得不同压力下的晶格常数和体积数据与实验结果符合得很好,状态方程参数K0=153(1) GPa,V0=374.2(1)?3。20.0 GPa时计算的拉曼光谱也很好地描述了拉曼实验测量结果。研究结果补充了赝硅灰石相BaGeO_3在更高温压条件下的结构相转变。6H型钙钛矿相BaGeO_3的获得为进一步表征该相的物理化学性质奠定了基础,为开发高性能钙钛矿结构锗酸盐材料提供了可能性,同时对于理解硅酸盐钙钛矿结构的相变规律及稳定性、地球下地幔物理化学性质及其变化等具有重要的指示意义。     

Molecular Dynamics Simulations for Melting Temperatures of SrF2 and BaF2

利用壳层模型分子动力学方法,考虑萤石结构分子中的预熔化现象,对SrF₂和BaF₂的分子动力学模拟熔化温度进行修正,获得了高压下SrF₂和BaF₂的熔化温度. 同时给出了300 K、0.1 Mpa～7GPa和0.1 Mpa～3 GPa时SrF₂和BaF₂的状态方程,与已有研究结果的最大误差分别为0.3%和2.2%. 计算所得SrF₂和BaF₂常压下的熔点与已有的实验结果符合较好. 对于SrF₂和BaF₂分子体积变化和已有的熔化模拟的差别也做了比较和讨论.     

Molecular dynamics of MgSiO3 perovskite melting

The melting curve of MgSiO分子动力学 MgSiO3钙钛矿 熔化温度 高压melting temperature, molecular dynamics, high pressureProject supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos 10274055 and 10376021),the Natural Science Foundation of Gansu Province, China (Grant No 3ZS051-A25-027) and the Scientific Research Foundation of Education Bureau of Gansu Province, China (Grant No 0410-01).2005-01-125/8/2005 12:00:00 AMThe melting curve of MgSiO3 perovskite is simulated using molecular dynamics simulations method at high pressure. It is shown that the simulated equation of state of MgSiO3 perovskite is very successful in reproducing accurately the experimental data. The pressure dependence of the simulated melting temperature of MgSiO3 perovskite reproduces the stability of the orthorhombic perovskite phase up to high pressure of 130GPa at ambient temperature, consistent with the theoretical data of the other calculations. It is shown that its transformation to the cubic phase and melting at high pressure and high temperature are in agreement with recent experiments.     

MgSiO_3钙钛矿高温高压特性的第一性原理研究

本文采用第一性原理方法,计算了MgSiO_3钙钛矿在零温和0～150 GPa静水压范围内的晶体结构和弹性模量,并利用准简谐近似Debye模型,拟合三阶Birch-Murnaghan物态方程得到了其高温高压下的热力学性质.通过与现有的理论和实验的结果数据比较,确认在0～2000 K的温度区间内,第一性原理计算结合Debye模型能够较可靠地模拟在下地幔压力范围内MgSiO_3钙钛矿的热力学性质.     

Application of shell model in molecular dynamics simulation to MgO

The P－V－T equation of state of MgO has been simulated under high pressure and elevated temperature using the molecular dynamics (MD) method with the breathing shell model (BSM). It is found that the MD simulation with BSM is very successful in reproducing accurately the measured molar volumes of MgO over a wide range of temperature and pressure. In addition, the MD simulation reproduces accurately the measured volume compression data of MgO up to 100GPa at 300K. It is demonstrated that the MD simulated P－V－T equation of state of MgO could be applied as a useful internal pressure calibration standard at elevated temperatures and high pressures.     

The melting curve of CaSiO3 perovskite under lower mantle pressures

The high pressure melting curve of CaSiO₃ perovskite is simulated by using the constant temperature and pressure molecular dynamics method combined with effective pair potentials for the first time. The simulated results for the partial radial distribution function all compare well with experiment. The calculated equation of state is very successful in accurately reproducing the recent experimental data over a wide pressure range. The predicted high pressure melting curve is in good agreement with the experimental ones, and the melting curve up to the core–mantle boundary pressure, being very steep at lower pressures, rapidly flattens on increasing pressure. The present results also suggest the validity of the experimental data of Zerr and Boehler.     

The high-pressure melting curve of CaO

Shell-model molecular dynamics simulation has been performed to investigate the melting of the major Earth-forming mineral CaO at elevated temperatures and high pressures, based on thermal instability analysis. The interatomic potential is taken to be the sum of effective pair-wise additive Coulomb, van der Waals attraction, and repulsive interactions. It is shown that the simulated molar volume of CaO is successful in reproducing recent experimental data and our DFT-GGA calculations up to the core–mantle boundary pressure of 135 GPa. The pressure dependence of the simulated high pressure melting temperature of CaO is in good agreement with the results obtained from the Lindemann melting equation at a pressure of below 7 GPa. The extrapolated melting temperatures are in good agreement with the results obtained from Wang’s empirical model up to 60 GPa. The predicted high pressure melting curve, being very steep at lower pressures, rapidly flattens on increasing pressure. The thermodynamic properties of the rocksalt phase of CaO are summarized in the 0–135 GPa pressure range and for temperatures up to 9300 K.     

岩盐结构氧化锌物态方程的分子动力学模拟

利用分子动力学方法和有效经验对势模型对ZnO岩盐结构高温高压下的物态方程进行了研究， 发现分子动力学方法得到的ZnO岩盐结构的摩尔体积(300?1273 K，3.2?10.4 GPa)和实验结果吻合；另外，基于经验势模型的可靠性预测了1373?2273 K和0? 50 GPa的ZnO岩盐结构的P-V -T关系，并利用相应的热力学公式拟合得到了ZnO岩盐结构常态下的线性热膨胀系数、等温体模量及其对压力的一阶导数等重要的热力学参量．     

Molecular dynamics study for the melting curve of MgO at high pressure

Shell-model molecular dynamics method is used to study the melting temperatures of MgO at elevated temperatures and high pressures using interaction potentials. Equations of state for MgO simulated by molecular dynamics are in good agreement with available experimental data. The pressure dependence of the melting curve of MgO has been calculated. The surface melting and superheating are considered in the correction of experimental data and the calculated values, respectively. The results of corrections are compared with those of previous work. The corrected melting temperature of MgO is consistent with corrected experimental measurements. The melting temperature of MgO up to 140GPa is calculated.