搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

菱铁矿FeCO3高压相变与性质的第一性原理研究

明星 王小兰 杜菲 陈岗 王春忠 尹建武

引用本文:
Citation:

菱铁矿FeCO3高压相变与性质的第一性原理研究

明星, 王小兰, 杜菲, 陈岗, 王春忠, 尹建武

Phase transition and properties of siderite FeCO3 under high pressure: an ab initio study

Ming Xing, Wang Xiao-Lan, Du Fei, Chen Gang, Wang Chun-Zhong, Yin Jian-Wu
PDF
导出引用
  • 采用平面波赝势方法对菱铁矿FeCO3高压下的晶体结构, 电子构型和电子结构进行了第一性原理计算研究. 研究过程中考虑了菱铁矿FeCO3真实的反铁磁(AFM)自旋有序态, 模拟静水压环境, 从零压逐步加压到500 GPa. 在4050 GPa压力范围内, FeCO3发生了从高自旋(HS)AFM态到低自旋(LS) 非磁性(NM)态的磁性相变, 伴随着晶胞体积坍塌10.5%. FeCO3在相变前后均是绝缘体, 但是相变后的LS-NM态的Fe2+ 离子的3d电子局域化程度更强, 能隙随着压力的进一步增大而逐步增大, 离化程度更高, 直到500 GPa没有发生金属绝缘体相变.
    The crystal structure, electronic configuration and electronic structure of siderite FeCO3 are studied by first-principles calculations through the plane wave pseudo-potential method. The real antiferromagnetic (AFM) spin ordering state is considered. The pressure increases up to 500 GPa under hydrostatic pressure condition. FeCO3 transforms from high spin (HS) AFM state to low spin (LS) nonmagnetic (NM) state in a pressure range between 40 and 50 GPa, accompaned with a volume collapse of 10.5%. Siderite FeCO3 is insulating before and after the phase transition, but the 3d electrons of Fe2+ ions for the LS-NM state are more localized, The band gap increases with pressure increasing, and the LS-NM state moves into a more strong ionic state and no metal-insulator transition (MIT) occurs.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11104101,11004073),湖北省教育厅优秀中青年人才项目(批准号: Q20102901), 吉林大学超硬材料国家重点实验室开放课题(批准号: 201102)和黄冈师范学院博士科研启动基金资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11104101, 11004073), the Scientific and Technologic Research programs of Hubei Provincial Department of Education (Grant No.Q20102901), the Open the Project of State Key Laboratory of Superhard Materials (Jilin University) (Grant No. 201102), and the Doctoral Scientific Research Start-up Fund of Huanggang Normal University.
    [1]

    Wyckoff W G 1948 Crystal Structure (New York: Interscience)

    [2]

    Cowley E R 1969 Can. J. Phys. 47 381

    [3]

    Rao K R, S F Trevino, K W Logan 1970 J. Chem. Phys. 53 4645

    [4]

    Becquerel J, Handel J van den 1939 J. Phys. Radium 10 10

    [5]

    Zhou Y Y, Yin C H 1993 Phys. Rev. B 47 5451

    [6]

    Bizette H 1951 J. Phys. Radium 12 161

    [7]

    Jacobs I 1963 J. Appl. Phys. 34 1106

    [8]

    Alikhanov R A 1959 Sov Phys. JETP 9 1204

    [9]

    Zhang J, Martinez I, Guyot F, Reeder R 1998 Am. Mineral. 83 280

    [10]

    Santillán J, Williams Q 2004 Phys. Earth Planet. Inter. 143-144 291

    [11]

    Mattila A, Pylkkanen T, Rueff J P, Huotari S, Vanko G, Hanfland M, Lehtinen M, Hamalainen K 2007 J. Phys.: Condens. Matter 19 386206

    [12]

    Nagai T, Ishido T, Seto Y, Hamane D N, Sata N, Fujino K 2010 Journal of Physics: Conference Series 215 012002

    [13]

    Lavina B, Dera P, Downs R T, Yang W, Sinogeikin S, Meng Y, Shen G, Schiferl D 2010 Phys. Rev. B 82 064110

    [14]

    Sherman D M 2009 Am. Mineral. 94 166

    [15]

    Badaut V, Zeller P, Dorado B, Schlegel M L 2010 Phys. Rev. B 82 205121

    [16]

    Shi H, Luo W, Johansson B, Ahuja R 2008 Phys. Rev. B 78 155119

    [17]

    Lu Z P, Zhu W J, Lu T C, Liu S J, Cui X L, Chen X R 2010 Acta Phys Sin. 59 4303 (in Chinese) [卢志鹏, 祝文军, 卢铁城, 刘绍军, 崔新林, 陈向荣 2010 物理学报 59 4303]

    [18]

    Yuan P F, Zhu W J, Xu J A, Liu S J, Jing F Q 2010 Acta Phys Sin. 59 8755 (in Chinese) [原鹏飞, 祝文军, 徐济安, 刘绍军, 经福谦 2010 物理学报 59 8755]

    [19]

    Segall M D, Lindan P L D, Probert M J, Pickard C J, Hasnip P J, Clark S J, Payne M C 2002 J. Phys.: Condens. Matter 14 2717

    [20]

    Pfrommer B G, Cote M, Louie S G, Cohen M L 1997 J. Comput. Phys. 131 133

    [21]

    Effenberger H, Mereiter K, Zemann J 1981 Z. Kristallogr. 156 233

    [22]

    Ross N L, Reeder R J 1992 Am. Mineral. 77 412

    [23]

    Ross N L 1994 Am. Mineral. 82 682

    [24]

    Sun Y, Ming X, Sun Z H, Xiang P, Lan M, Chen G 2009 Acta Phys Sin. 58 5653 (in Chinese) [孙源, 明星, 孟醒, 孙正昊, 向鹏, 兰民, 陈岗 2009 物理学报 58 5653]

    [25]

    Lazicki A, Maddox B, Evans W J, Yoo C S, McMahan A K, Pickett W E, Scalettar R T, Hu M Y, Chow P 2005 Phys. Rev. Lett. 95 165503

  • [1]

    Wyckoff W G 1948 Crystal Structure (New York: Interscience)

    [2]

    Cowley E R 1969 Can. J. Phys. 47 381

    [3]

    Rao K R, S F Trevino, K W Logan 1970 J. Chem. Phys. 53 4645

    [4]

    Becquerel J, Handel J van den 1939 J. Phys. Radium 10 10

    [5]

    Zhou Y Y, Yin C H 1993 Phys. Rev. B 47 5451

    [6]

    Bizette H 1951 J. Phys. Radium 12 161

    [7]

    Jacobs I 1963 J. Appl. Phys. 34 1106

    [8]

    Alikhanov R A 1959 Sov Phys. JETP 9 1204

    [9]

    Zhang J, Martinez I, Guyot F, Reeder R 1998 Am. Mineral. 83 280

    [10]

    Santillán J, Williams Q 2004 Phys. Earth Planet. Inter. 143-144 291

    [11]

    Mattila A, Pylkkanen T, Rueff J P, Huotari S, Vanko G, Hanfland M, Lehtinen M, Hamalainen K 2007 J. Phys.: Condens. Matter 19 386206

    [12]

    Nagai T, Ishido T, Seto Y, Hamane D N, Sata N, Fujino K 2010 Journal of Physics: Conference Series 215 012002

    [13]

    Lavina B, Dera P, Downs R T, Yang W, Sinogeikin S, Meng Y, Shen G, Schiferl D 2010 Phys. Rev. B 82 064110

    [14]

    Sherman D M 2009 Am. Mineral. 94 166

    [15]

    Badaut V, Zeller P, Dorado B, Schlegel M L 2010 Phys. Rev. B 82 205121

    [16]

    Shi H, Luo W, Johansson B, Ahuja R 2008 Phys. Rev. B 78 155119

    [17]

    Lu Z P, Zhu W J, Lu T C, Liu S J, Cui X L, Chen X R 2010 Acta Phys Sin. 59 4303 (in Chinese) [卢志鹏, 祝文军, 卢铁城, 刘绍军, 崔新林, 陈向荣 2010 物理学报 59 4303]

    [18]

    Yuan P F, Zhu W J, Xu J A, Liu S J, Jing F Q 2010 Acta Phys Sin. 59 8755 (in Chinese) [原鹏飞, 祝文军, 徐济安, 刘绍军, 经福谦 2010 物理学报 59 8755]

    [19]

    Segall M D, Lindan P L D, Probert M J, Pickard C J, Hasnip P J, Clark S J, Payne M C 2002 J. Phys.: Condens. Matter 14 2717

    [20]

    Pfrommer B G, Cote M, Louie S G, Cohen M L 1997 J. Comput. Phys. 131 133

    [21]

    Effenberger H, Mereiter K, Zemann J 1981 Z. Kristallogr. 156 233

    [22]

    Ross N L, Reeder R J 1992 Am. Mineral. 77 412

    [23]

    Ross N L 1994 Am. Mineral. 82 682

    [24]

    Sun Y, Ming X, Sun Z H, Xiang P, Lan M, Chen G 2009 Acta Phys Sin. 58 5653 (in Chinese) [孙源, 明星, 孟醒, 孙正昊, 向鹏, 兰民, 陈岗 2009 物理学报 58 5653]

    [25]

    Lazicki A, Maddox B, Evans W J, Yoo C S, McMahan A K, Pickett W E, Scalettar R T, Hu M Y, Chow P 2005 Phys. Rev. Lett. 95 165503

  • [1] 田城, 蓝剑雄, 王苍龙, 翟鹏飞, 刘杰. BaF 2高压相变行为的第一性原理研究. 物理学报, 2022, 71(1): 017102. doi: 10.7498/aps.71.20211163
    [2] 田城, 蓝剑雄, 王苍龙, 翟鹏飞, 刘杰. BaF2高压相变行为的第一性原理研究. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211163
    [3] 王春杰, 王月, 高春晓. 高压下纳米晶ZnS晶粒和晶界性质及相变机理. 物理学报, 2020, 69(14): 147202. doi: 10.7498/aps.69.20200240
    [4] 王艳, 曹仟慧, 胡翠娥, 曾召益. Ce-La-Th合金高压相变的第一性原理计算. 物理学报, 2019, 68(8): 086401. doi: 10.7498/aps.68.20182128
    [5] 董家君, 姚明光, 刘世杰, 刘冰冰. 高压下准一维纳米结构的研究. 物理学报, 2017, 66(3): 039101. doi: 10.7498/aps.66.039101
    [6] 刘博, 王煊军, 卜晓宇. 高压下NH4ClO4结构、电子及弹性性质的第一性原理研究. 物理学报, 2016, 65(12): 126102. doi: 10.7498/aps.65.126102
    [7] 孙景阳, 王东明, 吕业刚, 王苗, 汪伊曼, 沈祥, 王国祥, 戴世勋. 应用于相变存储器的Cu-Ge3Sb2Te5薄膜的结构及相变特性研究. 物理学报, 2015, 64(1): 016103. doi: 10.7498/aps.64.016103
    [8] 王金荣, 朱俊, 郝彦军, 姬广富, 向钢, 邹洋春. 高压下RhB的相变、弹性性质、电子结构及硬度的第一性原理计算. 物理学报, 2014, 63(18): 186401. doi: 10.7498/aps.63.186401
    [9] 颜小珍, 邝小渝, 毛爱杰, 匡芳光, 王振华, 盛晓伟. 高压下ErNi2B2C弹性性质、电子结构和热力学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(10): 107402. doi: 10.7498/aps.62.107402
    [10] 吴宝嘉, 李燕, 彭刚, 高春晓. InSe的高压电输运性质研究. 物理学报, 2013, 62(14): 140702. doi: 10.7498/aps.62.140702
    [11] 张品亮, 龚自正, 姬广富, 刘崧. α-Ti2Zr高压物性的第一性原理计算研究. 物理学报, 2013, 62(4): 046202. doi: 10.7498/aps.62.046202
    [12] 周平, 王新强, 周木, 夏川茴, 史玲娜, 胡成华. 第一性原理研究硫化镉高压相变及其电子结构与弹性性质. 物理学报, 2013, 62(8): 087104. doi: 10.7498/aps.62.087104
    [13] 王海燕, 历长云, 高洁, 胡前库, 米国发. 高压下TiAl3结构及热动力学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(6): 068105. doi: 10.7498/aps.62.068105
    [14] 陈中钧. 高压下MgS的弹性性质、电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(17): 177104. doi: 10.7498/aps.61.177104
    [15] 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. 物理学报, 2012, 61(19): 197102. doi: 10.7498/aps.61.197102
    [16] 周密, 李占龙, 陆国会, 李东飞, 孙成林, 高淑琴, 里佐威. 高压拉曼光谱方法研究联苯分子费米共振. 物理学报, 2011, 60(5): 050702. doi: 10.7498/aps.60.050702
    [17] 邓杨, 王如志, 徐利春, 房慧, 严辉. 立方(Ba0.5Sr0.5)TiO3高压诱导带隙变化的第一性原理研究. 物理学报, 2011, 60(11): 117309. doi: 10.7498/aps.60.117309
    [18] 周密, 张鹏, 刘铁成, 许大鹏, 姜永恒, 高淑琴, 里佐威. 压强对苯分子费米共振的影响. 物理学报, 2010, 59(1): 210-214. doi: 10.7498/aps.59.210
    [19] 吴宝嘉, 韩永昊, 彭刚, 刘才龙, 王月, 高春晓. 原位高压微米氧化锌电学性质的研究. 物理学报, 2010, 59(6): 4235-4239. doi: 10.7498/aps.59.4235
    [20] 丁迎春, 徐 明, 潘洪哲, 沈益斌, 祝文军, 贺红亮. γ-Si3N4在高压下的电子结构和物理性质研究. 物理学报, 2007, 56(1): 117-122. doi: 10.7498/aps.56.117
计量
  • 文章访问数:  8838
  • PDF下载量:  952
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-05-05
  • 修回日期:  2012-05-10
  • 刊出日期:  2012-05-05

/

返回文章
返回