氧化鈣和碳化硅高壓物性的第一性原理計算.pdf

1、利用第一原理平面波贗勢的密度泛函理論，對CaO和SiC的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、電子性質(zhì)和它們在高壓下的彈性性質(zhì)，熱物理性質(zhì)進行了研究，其中對于CaO的研究偏重于彈性性質(zhì)的研究；對于SiC的研究以熱力學(xué)性質(zhì)為主，包括比熱、熱膨脹系數(shù)、物態(tài)方程、彈性常數(shù)。這些研究取得了與已有實驗和理論結(jié)果較好相符的計算結(jié)果。在缺乏實驗結(jié)果的溫度和壓力區(qū)域，也作了計算預(yù)測，并且與其他的理論結(jié)果或者是用其他方法得到的估算結(jié)果進行了比較分析。當(dāng)然，研究CaO和SiC的熱物理

2、性質(zhì)時，得先考察它們零溫高壓下的結(jié)構(gòu)相變，因它是熱物理性質(zhì)研究的起點?？紤]到SiC在電子方面的應(yīng)用前景，我們也部分的考察了它的電子性質(zhì)，更為復(fù)雜的電子性質(zhì)的研究有待以后去研究。 作為對CaO高壓彈性性質(zhì)和熱物理性質(zhì)研究的基礎(chǔ)，計算了零溫零壓下B1相和B2相CaO的晶格常數(shù)、彈性模量及其對壓強的一階導(dǎo)數(shù)和彈性常數(shù)，得到的結(jié)果與實驗和其它理論值相一致，尤其是對高壓下B1相CaO的彈性性質(zhì)作了重點考察，也對CaO低溫高壓相變進行了研究

3、，發(fā)現(xiàn)由各向同性壓強下機械穩(wěn)定性判定式得出的相變壓約64 GPa，它與我們用等焓法所得出的相變壓62.8GPa相接近，且與實驗相變壓值63 GPa相符合。另外，在高壓下彈性各向異性是負值，這預(yù)示著在地球的下地幔CaO是彈性各向異性的。 研究SiC從閃鋅礦結(jié)構(gòu)到氯化鈉結(jié)構(gòu)的相變，依據(jù)焓相等原理得到相變壓強值為70.5 GPa，而按兩結(jié)構(gòu)的E_V曲線的公切線所得出的相變壓強值為75.1 GPa。所計算的閃鋅礦結(jié)構(gòu)和氯化鈉結(jié)構(gòu)的SiC

4、在零溫零壓下的晶格常數(shù)口、體彈模量B<,0>及其對壓強的一階導(dǎo)數(shù)B'<,0>、彈性常數(shù)和德拜溫度等與實驗、理論都相符合。這兩種結(jié)構(gòu)相的電子性質(zhì)和閃鋅礦相高壓下的彈性常數(shù)也作了計算討論，結(jié)果符合實驗和理論值。通過準諧德拜模型，成功地得到了相對體積與壓強的關(guān)系、熱膨脹系數(shù)與溫度和壓強的關(guān)系、熱容與溫度關(guān)系。發(fā)現(xiàn)在1800K以下時，熱容隨溫度的增加而增加、隨壓強增加而減小，但當(dāng)溫度高于1800K時，由于非諧效應(yīng)的影響，熱容值接近所有固體在高溫