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α-, β-和γ-Si3N4 高压下的电子结构和相变: 第一性原理研究

余本海 陈东

α-, β-和γ-Si3N4 高压下的电子结构和相变: 第一性原理研究

余本海, 陈东
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  • 本文采用第一性原理框架下的赝势平面波方法结合振动类德拜模型研究了α,β和γ-Si3N4在高温下的点阵常数,弹性常数和弹性模量.研究发现三种同质异相体的体模量都很高.β-Si3N4在低温下表现出脆性,在高温下则表现出延展性.γ-Si3N4在低温和高温下都是脆性的共价化合物.β → γ 相变的相界斜率为正值,说明在较高温度时合成γ-Si3N4所需的压强也较高.α → γ 相变的相界可以表示成 P=16.29- 1.835-10-2 T+9.33945-10-5T2-2.16759-10-7T3+2.91795-10-10T4.本文还分析了Si3N4同质异相体在高压下的态密度和能带.在α-Si3N4中主要是Si-s, p和N-s,p的轨道杂化对晶体的稳定性起作用.α和β-Si3N4都具有ΓV-ΓC类型的间接带隙(分别是4.9~eV和4.4~eV)而γ-Si3N4具有直接带隙(3.9~eV). 研究还发现α-Si3N4和β-Si3N4的价带顶分别沿着Γ-M和Γ-A方向.本文的计算结果和已有的实验数据是一致的.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11005088, 11105115)、河南省基础与前沿技术研究计划项目(批准号: 112300410021)和河南教育厅项目(批准号: 12A140010) 资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-12-26
  • 修回日期:  2012-04-01

α-, β-和γ-Si3N4 高压下的电子结构和相变: 第一性原理研究

  • 1. 信阳师范学院物理电子工程学院, 信阳 464000
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 11005088, 11105115)、河南省基础与前沿技术研究计划项目(批准号: 112300410021)和河南教育厅项目(批准号: 12A140010) 资助的课题.

摘要: 本文采用第一性原理框架下的赝势平面波方法结合振动类德拜模型研究了α,β和γ-Si3N4在高温下的点阵常数,弹性常数和弹性模量.研究发现三种同质异相体的体模量都很高.β-Si3N4在低温下表现出脆性,在高温下则表现出延展性.γ-Si3N4在低温和高温下都是脆性的共价化合物.β → γ 相变的相界斜率为正值,说明在较高温度时合成γ-Si3N4所需的压强也较高.α → γ 相变的相界可以表示成 P=16.29- 1.835-10-2 T+9.33945-10-5T2-2.16759-10-7T3+2.91795-10-10T4.本文还分析了Si3N4同质异相体在高压下的态密度和能带.在α-Si3N4中主要是Si-s, p和N-s,p的轨道杂化对晶体的稳定性起作用.α和β-Si3N4都具有ΓV-ΓC类型的间接带隙(分别是4.9~eV和4.4~eV)而γ-Si3N4具有直接带隙(3.9~eV). 研究还发现α-Si3N4和β-Si3N4的价带顶分别沿着Γ-M和Γ-A方向.本文的计算结果和已有的实验数据是一致的.

English Abstract

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