压力下CaN_2结构稳定性和电子结构的第一性原理研究

通过运用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法结合广义梯度近似对压力下CaN_2的结构稳定性和电子结构进行了理论研究.对结构稳定性的研究表明,ZnCl_2型结构是CaN_2在环境压力下最稳定的结构,而实验上观察到的CaC_2-I型结构是CaN_2高压下(8.7 GPa)的稳定性结构.在50 GPa的压力范围内,CaN_2将发生从ZnCl_2型结构到ThC_2型结构再到CaC_2-I型结构的两次压致结构相变,其相变压力分别为0.81 GPa和8.77 GPa.而对电子结构的研究表明ZnCl_2型、ThC_2型和CaC_2-I型三种结构的CaN_2都表现出了金属特征,三种结构CaN_2当中Ca-N键的离子-共价性特征和N原子间的N=N双键特征得到了确认.     

高压下CaF_2结构相变和光学性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了在压力作用下CaF2的结构相变和光学性质。结果证实了CaF2的压致结构转变的顺序是从氟石结构(空间群Fm3m)转变到PbCl2型结构(空间群Pnma),然后继续转变为Ni2In型结构(空间群P63/mmc)。在Fm3m和Pnma两种结构中,电子带隙随着压力的增加而增加,而在P63/mmc结构中,带隙随着压力的增加开始下降。实验结果显示,直到210 GPa,CaF2没有发生由绝缘体到金属的转变。据此推测,CaF2的金属化压力高于300 GPa。还讨论了压力对CaF2光学性质的影响。     

3C-SiC高压相变的理论研究

基于GGA近似使用第一性原理方法对3C-SiC的ZB至NaCl相的高压相变过程进行了研究，得出中间过渡相的最高对称性为Imm2(而此前有研究认为是Cmm2和Pmm2)，激活焓计算值为0.647eV，与Catti等人的结果很接近.尽管如此，计算的相变压力为69GPa仍然比实验值100GPa小很多,可能是由于实验中的相转变具有较大的滞后性.对相变压力时两相的能带结构也作了计算和分析，可以得出相变过程除几何结构的重构之外还伴随着半导体—金属的电子转变，这对于实验上准确判断相变点有一定的指导意义. 关键词： 高压相变 第一性原理 3C-SiC 激活焓     

BeO高压相变和声子谱的第一性原理计算

采用第一性原理方法计算了BeO在零温时的高压相变和三种结构在零温零压时的声子谱.相变的计算表明,在122GPa左右的压力下BeO会发生从纤锌矿(B4)结构到氯化钠(B1)结构的相变,而闪锌矿(B3)结构在零温零压下是一种可能的亚稳态结构.采用冷声子方法计算了这三种结构的BeO在零温零压下的声子谱.计算结果表明:B1结构在零温零压下是一种不稳定的结构;尽管B4结构和B3结构具有明显的相似性,仍然可以通过声子谱来很好的区分.最后根据准简谐近似理论计算得到了BeO的高温高压相图.     

高压下锗化镁的金属化相变研究

锗化镁是一种窄带半导体,压力作用可以使锗化镁导带底与价带顶的能隙变小.本文基于第一性原理计算了锗化镁在高压下的能带结构以及反萤石相(常压稳定相)和反氯铅矿相(高压相)的焓值,发现在7.5 GPa时反萤石结构锗化镁导带底与价带顶的能隙闭合,预示着半导体相转变为金属相,计算结果还预测在11.0 GPa时锗化镁发生从反萤石结构到反氯铅矿结构的相变.实验研究方面,本文采用长条形压砧在连续加压条件下测量了锗化镁高压下的电阻变化,采用金刚石对顶压砧测量了锗化镁的高压原位拉曼光谱,发现在8.7 GPa锗化镁的电阻出现不连续变化,9.8 GPa以上锗化镁的拉曼振动峰消失.由于金属相的自由电子浓度高会阻碍激发光进入样品,进而引起拉曼振动峰消失,因此我们推测锗化镁在9.8 GPa转变为金属相.     

Ce-La-Th合金高压相变的第一性原理计算

采用第一性原理计算对Ce_(0.8)La_(0.1)Th_(0.1)在高压下fcc-bct的结构相变、弹性性质及热力学性质进行了研究讨论.通过对计算结果的分析,发现了合金在压力下的相变规律,压强升高到31.6 GPa附近时fcc相开始向bct相转变,到34.9 GPa时bct相趋于稳定.对弹性模量的计算结果从另一角度反映了结构相变的信息.最后,利用准谐德拜模型对两种结构的高温高压热力学性质进行了理论预测.     

高压下金属间化合物CaAlSi的电子结构和晶格动力学性质

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了三元金属间化合物CaAlSi在高压下的电子性质和晶格振动性质。三元金属间化合物CaAlSi具有和MgB2类似的六角蜂巢状结构,Ca原子取代了Mg原子的位置,Al、Si原子无序地占据B原子的位子。通过对Ca三元金属间化合物能带和三维费米面的计算,发现在压力的作用下CaAlSi费米面附近的能带发生了电子拓扑变化,压强可以导致电子拓扑结构相变(ETTs)。通过晶格动力学的研究发现,在压力的作用下,CaAlSi的光学支沿着A-L-H方向逐渐软化,声学支逐渐变硬。说明此金属间化合物在压力的作用下,其结构不是很稳定,随着压力的继续增大,可能会有新的结构出现。     

金属Li相稳定性的第一性原理研究

Li在常温常压下为体心立方结构(bcc),随着压力和温度的变化会发生结构转变.本文应用第一性原理方法研究了Li的9R,fcc,hcp和bcc四种不同结构相在基态和有限温度下的相对稳定性.计算表明Li在低温时的最稳定相为六角堆垛的9R相,而且随着温度的变化会发生结构相变,最终在高温时(370K)转变为bcc相.     

高温及高压下液体镓的结构——第一性原理分子动力学方法研究

采用第一性原理分子动力学方法研究了高温下正常密度和高密度液体镓的结构和性质。结果与有关实验事实相符合,发现液体镓中仍残留着共价键相结合的镓分子,随着密度的增加,结构因子主峰右边逐渐发展成为一肩膀。并从能量角度讨论了液体镓结构因子中出现肩膀的物理原因。 关键词：     

MgO高温高压特性及相变的第一性原理研究

应用第一性原理密度泛函理论计算了MgO在零温(0K)下和0~200GPa静水压范围内的晶体结构和弹性模量,以及B1、B4和B8相结构的MgO的声速随压力的变化。利用准简谐近似下的Debye模型,通过拟合三阶Birch-Murnaghan物态方程模拟了高温效应并对三个相在高温高压下的相稳定性做了研究。本工作的计算结果与前人的理论和实验结果符合较好,说明第一性原理结合准简谐Debye模型能够比较准确的模拟矿物如MgO在高温高压下的热力学性质。     

高温高压下钼的结构稳定性研究

以钼为代表的一系列过渡金属,在高温高压的相变及结构稳定性研究是实验和理论研究的热点.钼在常温常压下是bcc结构,但是在高温高压下可能的相结构一直未能确定.本文首先预测了几种高压下的结构,并计算了其自由能及力学性质.针对可能的hcp结构,我们通过新近发展的自洽晶格动力学方法,充分考虑声子间相互作用,成功获得了hcp结构高温高压声子色散曲线,结果表明hcp相在热力学及动力学上都是能够稳定存在的结构,是一种可能的高压相.     

极端条件下锆的动力学稳定性研究

过渡金属Zr具有优良的物理、化学及力学性能, 具有广泛的应用价值. 主要通过新近发展的自洽晶格动力学方法, 充分考虑声子间的相互作用, 成功获得了β-Zr的高温高压声子色散曲线, 预测了β-Zr在相图中能够稳定存在的区域, 进一步比较α-Zr, ω-Zr和β-Zr的自由能, 获得了α-β 及ω-β 相变的相边界, 构建了Zr的参考相图. 同时, 也获得了β-Zr的高温状态方程及热膨胀系数, 能够为构建Zr的全区物态方程提供有益的参考.     

高温高压下钙钛矿晶体结构变化

最近高压单晶X射线衍射实验明确显示正交晶系(Pbnm或Pnma) （钙钛矿）ABO3的高压压缩行为完全由晶体框架结构(framework)中的BO6八面体和AO12多面体的相对压缩性所确定,即对一些钙钛矿晶体,BO6较AO12多面体更易压缩时,压力导致晶体结构向高对称性结构演变;对另外一些钙钛矿,BO6较AO12多面体更不易压缩时,压力导致晶体结构向低对称性结构演变.基于价键匹配关系假设,建立多面体压缩率之间关系,由价键参数和常压晶体结构数据计算参量, 可以估计BO6和AO12多面体的相对压缩率,从而正确地预言高压压缩行为.文章最后引入高温高压钙钛矿倾斜相变的一般性规律.     

高温高压下钙钛矿晶体结构变化

最近高压单晶X射线衍射实验明确显示正交晶系（Pbnm或Pnma）（钙钛矿）ABO3的高压压缩行为完全由晶体框架结构（framework）中的BO6八面体和AO12多面体的相对压缩性所确定,即对一些钙钛矿晶体,BO6较AO12多面体更易压缩时,压力导致晶体结构向高对称性结构演变;对另外一些钙钛矿,BO6较AO12多面体更不易压缩时,压力导致晶体结构向低对称性结构演变.基于价键匹配关系假设,建立多面体压缩率之间关系：βB/βA=MA/MB,由价键参数和常压晶体结构数据计算参量Mi,可以估计BO6和AO12多面体的相对压缩率,从而正确地预言高压压缩行为.文章最后引入高温高压钙钛矿倾斜相变的一般性规律,即MA/MB＞1时,相变温度和高压关系为dTc/dP＜0,当MA/MB＜1时,dTc/dP＞0。     

Structural stability of TiO and TiN under high pressure

The high pressure phase transition and elastic behavior of Transition Metal Compounds (TiO and TiN) which crystallize in NaCl-structure have been investigated using the three body potential model (TBPM) approach. These interactions arise due to the electron-shell deformation of the overlapping ions in crystals. The TBP model consists of a long range Coulomb, three body interactions, and the short-range overlap repulsive forces operative up to the second neighboring ions. The authors of this paper estimated the values of the phase transition pressures, associated volume collapses, and elastic constants, all of which were found to be closer to available experimental data than other calculations. Thus, the TBPM approach promises to predict the phase transition pressure and pressure variations of elastic constants of Transition Metal compounds.      

Structural stability of tin clathrates under high pressure

High pressure Raman scattering experiments have been performed for Rb₈Sn₄₄□₂ in order to investigate the pressure induced phase transition. At pressures of 6.0 and 7.5 GPa, Raman spectrum was drastically changed, indicating the phase transitions. The irreversibility of the spectral change and the disappearance of Raman peak observed at 7.5 GPa strongly suggest the occurrence of irreversible amorphization.     

Phase transition of samarium under high pressure

Abstract

The DAC X-ray power photograph method was employed for studing the phase transition of samarium up to 26.3 GPa. The experimental results show that the dhcp and fcc high pressure phase of Sm appeared at about 4.0 and 12.5 GPa and room temperature respectively. The dhcp phase was kept until 19.6 GPa. A model for Sm-type -? dhcp -? fcc phase transition is provided in this paper.     

General diagram of the phase remtions of actinide metals under pressure

Abstract

The proposed diagram is based on the results of high-pressure X-ray diffraction work and visualizes the general trends in phase relations of actinide metals under pressure. The transition from dhcp to ccp, which occurs under the action of pressure in heavy actinides and light lanthanides, also occurs with decreasing atomic number at ambient pressure. The same structural sequence is found in the lanthanide and the actinide metals, but its first two members, hcp and Sm-type, are missing in the actinide metals, and the phase transitions are shifted to lower pressures and higher atomic numbers in the actinides.     

Phase transition,lattice dynamical and thermodynamic properties of yttrium antimonide with the rock salt structure under high pressure: first-principles investigations

We investigate the structural, electronic, first-order pressure-induced phase transition, lattice dynamical, and thermodynamic properties of yttrium antimonide (YSb) with the rock salt structure at high pressures and high temperatures using the projector-augmented wave method based on the density-functional theory. By the usual condition of equal enthalpy, we find that the rock salt-structured YSb is stable up to 31.10 GPa, and then transforms to the CsCl-type structure, this is consistent with the experiment result which begins transform from 26 GPa then ends at 36 GPa. The phonon dispersion curves of the rock salt-structured YSb are calculated under high pressure for the first time using a linear-response approach to density-functional perturbation theory successfully. Within the calculated phonon density of state and the quasi-harmonic approximation, we predict further the thermal physical properties of YSb under high temperature and high pressure systematically.     

A study on the electrical property of HgSe under high pressure

Using a microcircuit fabricated on a diamond anvil cell, we have measured in-situ conductivity of HgSe under high pressures, and investigated the temperature dependence of conductivity under several different pressures. The result shows that HgSe has a pressure-induced transition sequence from a semimetal to a semiconductor to a metal, similar to that in HgTe. Several discontinuous changes in conductivity are observed at around 1.5, 17, 29 and 49GPa, corresponding to the phase transitions from zinc-blende to cinnabar to rocksalt to orthorhombic to an unknown structure, respectively. In comparison with HgTe, it is speculated that the unknown structure may be a distorted CsCl structure. For the cinnabar-HgSe, the energy gap as a function of pressure is obtained according to the temperature dependence of conductivity. The plot of the temperature dependence of conductivity indicates that the unknown structure of HgSe has an electrical property of a conductor.