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《吉林大学》 2007年
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碱金属高压相变的第一性原理研究

谢禹  
【摘要】: 高压下碱金属(锂,钠,钾,铷,和铯)具有复杂的相变序列,而导致其相变的物理机制尚不清楚。前期研究发现:电子结构,晶格动力学和弹性的不稳定性都可能导致结构相变的发生。因此,我们采用基于密度泛函的第一性原理计算方法对碱金属第一相(体心立方,bcc)和第二相(面心立方,fcc)高压下的电子结构,晶格动力学和弹性行为进行了系统的研究,以期理解碱金属由bcc结构到fcc结构和fcc结构到第三相高压转变的物理机制。我们取得如下创新性成果: (1)通过对bcc碱金属的电子性质研究,我们发现随着压强的升高锂的s电子发生了到p电子的电荷转移,而钾,铷和铯中的s电子发生了到d电子的电荷转移,这些电荷转移行为导致了锂,钾,铷和铯的费米面的畸变行为;而钠中由于只有微弱的s电子到d电子的电荷转移,因此钠的费米面没有明显的变化。晶格动力学和弹性常数的计算结果表明,高压下bcc碱金属横声学支模式在Γ? N方向上出现了软化,并且剪切模量C′也出现了软化。我们分析认为晶格动力学和弹性的不稳定性是碱金属由bcc结构向fcc结构转变的主要原因。我们根据剪切模量C′的软化行为确定了bcc结构到fcc结构的相变路径。 (2)对fcc碱金属的电子行为研究表明:fcc碱金属有着与bcc碱金属相似的压致电荷转移行为,这些电荷转移行为导致了锂,钾,铷和铯在布里渊区Γ? K方向上的费米面嵌套行为,而钠的费米面仍然没有明显变化。晶格动力学和弹性常数的计算结果表明:高压下fcc碱金属的横声学支模式在Γ? K方向上出现软化,但弹性常数没有出现软化。我们分析认为,晶格动力学的不稳定性是导致钠由fcc结构向第三相转变的主要原因;而晶格动力学和电子结构的不稳定性是fcc锂,钾,铷和铯发生高压结构相变的主要原因。同时我们发现,锂和钾的电子结构不稳定性互不相同,导致锂和钾具有不同的第三相结构;铷和铯有着相似的电子结构和晶格动力学的不稳定性,因而铷和铯有着相似的压致结构相变。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O521.21

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