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《吉林大学》 2011年
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典型元素单质镁和氯的高压结构及性质

李培芳  
【摘要】:元素单质是构成物质世界的最基本物质,其高压研究一直备受关注。高压能够显著地改变物质的晶体结构及物理性质,如使某些元素单质相变到复杂的非公度结构,使绝缘体转变为金属,甚至超导体。对元素单质高压性质的研究能丰富人们对物质世界的认识,还可以揭示新的物理现象和物理规律。本论文利用最新发展的基于粒子群优化算法的晶体结构预测技术,结合第一性原理研究,对典型元素单质镁和氯的高压新结构进行了系统的研究,深入地讨论了这些高压新相的奇特物理行为,获得如下创新性成果: 1.发现了镁的两个高压新相:面心立方fcc和简单六角sh相,提出fcc→sh相变的相变路径为fcc结构的α和γ角同时由60°增加到90°。电子局域函数计算发现镁在高压下转化为“Electride”材料,此时价电子高度局域在晶格间隙区域,但镁并没有像钠一样转变为绝缘体,仍然呈现弱的金属性。 2.预言了固体氯单质中存在非公度调制结构。获得了固体氯在高压下的相变序列:分子相Ⅰ→非公度调制相Ⅴ→原子相Ⅱ→fcc相,其中非公度调制相Ⅴ是分子相Ⅰ和原子相Ⅱ之间的过渡相,其平均结构为fco,波矢接近于2/7。 3.固体氯的分子相Ⅰ在130 GPa发生了能带交叠导致的金属化,在157 GPa压力以上发生分子解离,相变为原子相Ⅱ。 4.电子和声子耦合计算表明,固体氯在高压下转化为超导体;其中原子fcc相在380 GPa的超导转变温度可以达到13.0 K,明显高于碘和溴的超导温度,这主要是因为固体氯fcc相的费米面附近电子能带具有“平带-陡带”的特征,有利于形成高温超导体。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O521.2

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