压力下物质结构相变的第一性原理计算研究

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在密度泛函理论基础上,针对金属间化合物、过渡金属氧化物等体系,用全势能线性缀加平面波方法研究了下面三种材料的电子结构性质及其在高压下发生的结构相变: 一、计算研究了PtC材料的zinc-blende和rock-salt两种结构的电子结构性质,分析了两种结构在常压下的稳定性和压力下的结构相变。通过计算弹性常数,发现常压下zinc-blende结构是稳定的,而rock-salt结构是不稳定的,它是PtC材料的一个高压相。PtC材料在两种结构时都是金属性的。理论计算发现,在52GPa压力下,PtC材料可以发生从zinc-blende结构到rock-salt结构的相变。 二、计算研究了CaCrO4材料的zircon结构和scheelite结构的电子结构性质和压力下的结构相变。在CaCrO4材料中,Cr离子是正六价的,没有d电子,采用GGA方法即可。通过计算该材料的态密度和能带结构,发现CaCrO4是顺磁绝缘体,与实验相符。计算得到CaCrO4从zircon相到scheelite相的相变压力为5.8GPa,和实验结果6GPa符合得很好。 三、计算研究了YCrO4材料的zircon结构和scheelite结构的电子结构性质和磁性特点以及高压下的结构相变。YCrO4与CaCrO4不同的是:Cr离子为正五价,3d轨道上有一个未成对电子。采用LDA、GGA方法计算其电子结构发现其表现为半金属性,而实验发现是绝缘体,表明YCrO4是强关联体系,故采用GGA+U方法。根据YCrO4的态密度和能带结构,发现该材料是铁磁绝缘体。我们计算得到一个YCrO4分子式的磁矩约为1μB,通过计算各个离子对磁矩的贡献,发现磁矩主要来自Cr+5离子,这说明Cr+5离子对磁性起决定性作用。
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