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NbSi2奇异高压相及其热力学性质的第一性原理研究

濮春英 王丽 吕林霞 于荣梅 何朝政 卢志文 周大伟

NbSi2奇异高压相及其热力学性质的第一性原理研究

濮春英, 王丽, 吕林霞, 于荣梅, 何朝政, 卢志文, 周大伟
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  • 采用基于粒子群优化算法的结构预测程序CALYPSO, 并结合第一性原理的VASP程序, 在175 GPa发现NbSi2的奇异立方高压相. 在此结构中, Nb原子形成金刚石结构, 而Si原子则形成正四面体镶嵌在金刚石结构中. 声子谱计算结果表明该结构是动力学稳定的. 电子结构分析表明, 六角相和立方相NbSi2均为金属, 对金属性贡献较大的是Nb原子, 而且Nb和Si原子之间存在明显的p-d杂化现象, 电荷更多地聚集在Si四面体中. 利用“应力应变”方法, 计算了NbSi2的弹性常数, 分析了其体积模量、剪切模量、杨氏模量和德拜温度等热动力学性质随压力的变化并进行了详细的讨论. 根据剪切模量和体积模量的比值分析了NbSi2两种相结构的脆性和延展性, 发现压力会导致六角相NbSi2的延展性增加, 但对立方相结构的延展性影响较小; 采用经验算法计算了NbSi2两种相结构硬度变化情况, 结合这一比值进行了详细的分析. 弹性各向异性计算结果表明, 随着压力增加, 六角结构的各向异性增强, 而立方结构的各向异性减小.
    • 基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 11247222, 51374132)、国家自然科学基金-河南人才培养联合基金(批准号: U1304612, U1404608, U1404216)和南阳师范学院科学基金(批准号: ZX2013017) 资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-10-22
  • 修回日期:  2014-11-25
  • 刊出日期:  2015-04-05

NbSi2奇异高压相及其热力学性质的第一性原理研究

  • 1. 南阳师范学院物理与电子工程学院, 南阳 473061
    基金项目: 

    国家自然科学基金 (批准号: 11247222, 51374132)、国家自然科学基金-河南人才培养联合基金(批准号: U1304612, U1404608, U1404216)和南阳师范学院科学基金(批准号: ZX2013017) 资助的课题.

摘要: 采用基于粒子群优化算法的结构预测程序CALYPSO, 并结合第一性原理的VASP程序, 在175 GPa发现NbSi2的奇异立方高压相. 在此结构中, Nb原子形成金刚石结构, 而Si原子则形成正四面体镶嵌在金刚石结构中. 声子谱计算结果表明该结构是动力学稳定的. 电子结构分析表明, 六角相和立方相NbSi2均为金属, 对金属性贡献较大的是Nb原子, 而且Nb和Si原子之间存在明显的p-d杂化现象, 电荷更多地聚集在Si四面体中. 利用“应力应变”方法, 计算了NbSi2的弹性常数, 分析了其体积模量、剪切模量、杨氏模量和德拜温度等热动力学性质随压力的变化并进行了详细的讨论. 根据剪切模量和体积模量的比值分析了NbSi2两种相结构的脆性和延展性, 发现压力会导致六角相NbSi2的延展性增加, 但对立方相结构的延展性影响较小; 采用经验算法计算了NbSi2两种相结构硬度变化情况, 结合这一比值进行了详细的分析. 弹性各向异性计算结果表明, 随着压力增加, 六角结构的各向异性增强, 而立方结构的各向异性减小.

English Abstract

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