MgO和MgB-,2-高壓物性的第一性原理計(jì)算.pdf

1、作為地球形成的主要礦物質(zhì)之一，方鎂石(MgO)在壓強(qiáng)高達(dá)227GPa時(shí)都始終以氯化鈉(B1)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定存在，研究它的彈性性質(zhì)對(duì)解釋地幔內(nèi)部地震波速的變化以及構(gòu)造地球內(nèi)部礦物學(xué)理論模型具有重要的作用，也是經(jīng)常用于發(fā)展固體物理第一性原理計(jì)算的模型材料。近年來(lái)，無(wú)論是在實(shí)驗(yàn)上還是理論上，研究材料在高壓下的性質(zhì)一直是個(gè)熱門(mén)課題。2001年1月10日，日本青山學(xué)院大學(xué)教授秋光純宣布二硼化鎂具有超導(dǎo)電性，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度高達(dá)39K。發(fā)現(xiàn)二硼化鎂超導(dǎo)電性迫

2、使人們重新考慮，在BCS理論的框架內(nèi)是否存在更高臨界溫度的超導(dǎo)體。二硼化鎂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制備和加工，有著廣闊的應(yīng)用前景。本文主要包括兩部分內(nèi)容： 1) 利用平面波贗勢(shì)密度泛函理論和準(zhǔn)諧德拜模型研究了氧化鎂(MgO)的晶格常數(shù)α、體彈性模量B<,0>、狀態(tài)方程以及彈性常數(shù)(C<,11>、C<,11>和C<,44>)等基本性質(zhì)參數(shù)。得到了壓強(qiáng)0～130GPa范圍內(nèi)，溫度分別為300K和800K的彈性常數(shù)(C<,11>、C<,12>和

3、C<,44>)、等溫體彈性模量B<,s>、剪切模量G、德拜溫度 ?和壓縮波速V<,P>、剪切波速V<,S>。所得到的C<,12>的等溫線不同于Karki等人的理論計(jì)算結(jié)果。由于對(duì)材料增加壓強(qiáng)和降低溫度的效果幾乎相同，我們認(rèn)為本文結(jié)果應(yīng)該更正確。另外，還研究了在300K、800K的彈性常數(shù)、彈性各向異性以及偏差δ，發(fā)現(xiàn)壓強(qiáng)小于20GPa時(shí)，彈性各向異性為正值且隨壓強(qiáng)增加而降低，在20GPa時(shí)為零，呈現(xiàn)各向同性。MgO的偏差δ絕對(duì)值隨壓強(qiáng)增

4、加而增加，意味著MgO在高壓下受到非中心多體力場(chǎng)作用。 2) 利用基于線性綴加平面波的密度泛函理論研究了二硼化鎂(MgB<,2>)在壓強(qiáng)0～60GPa下的態(tài)密度、能帶結(jié)構(gòu)以及晶體的彈性常數(shù)。比較分析了體積的壓縮和晶格常數(shù)c/a的減小對(duì)能帶結(jié)構(gòu)的影響，得出c/a對(duì)導(dǎo)電性質(zhì)的影響是主要的。另外，還研究了MgB<,2>力學(xué)性質(zhì)的各向異性，包括體彈性模量(B、B<,a>和B<,c>)、壓縮波△<,P>和剪切波(△<,S1>、△<,S2>