收藏本站
《四川师范大学》 2008年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

对两种固体物质(Al_2O_3、Cu)的高压行为的研究

唐明君  
【摘要】: 在高压下固体物质结构(晶格结构和电子结构)的改变会对它们的弹性、电学以及光学等性质产生影响。研究固体物质在高压下的物理性质对人们认识自然有推动作用。本文分两个部分分别就Al_2O_3和Cu在高压下的一些物理性质进行研究。 第一部分内容是基于第一性原理计算方法,得到了三种Al_2O_3理想晶体结构的能带结构以及能隙(或禁带宽度)随压力的变化关系;同时计算并分析了光学性质(包括高压下的光吸收系数、介电函数的虚部与实部、反射谱与吸收谱以及能量损失谱);进一步分析了高压下三种Al_2O_3理想晶体结构的电子态密度和力学性质。这些计算的目的是尝试对在冲击实验中观测到的蓝宝石电导率突增以及光学透明性降低现象的认识提供一些可能的物理机理。 本部分的主要工作和结果如下: 1)基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,结合局域密度近似(LDA),计算了纯Al_2O_3理想晶体的三个结构相(Corundum相、Rh_2O_3(II)相以及CaIrO_3相)在高压下的电子能带结构,并根据此导出了Al_2O_3的三个结构相的能隙随压力变化关系。从这个计算结果发现在0K时,Corundum相到Rh_2O_3(II)相以及Rh_2O_3(II)相到CaIrO_3相的结构相变将导致Al_2O_3的带隙分别减少大约7-8%以及18-20%。另外,还发现在CaIrO_3相区,带隙随压力是微弱地减小,而在Corundum和Rh_2O_3(II)相区,带隙随压力是明显地增加。 2)通过冲击实验观测到的蓝宝石电导率突增的温压条件与Al_2O_3在高温高压下Rh_2O_3(II)结构和CaIrO_3结构的相边界线比较,可以说明,蓝宝石电导率突增与压力大约为130GPa以及温度大约为1500K的Rh_2O_3(II)相到CaIrO_3相的结构相变存在密切关系。估算表明,在这个温压条件下,Rh_2O_3(II)到CaIrO_3的结构相变将导致蓝宝石电导率增加的量值大约为△lnσ~6.49。这些信息说明实验观测到的蓝宝石电导率突增可能是起因于在这个温压条件下蓝宝石从Rh_2O_3(II)到CaIrO_3的相变所引起的能隙明显地减少。而且,带隙随压力变化关系可以被用于解释实验中得到的蓝宝石电导率数据轨迹。这指明,在91-220GPa的冲击压力范围内,电子导电是蓝宝石主要的电导机理。 3)基于Al_2O_3的CaIrO_3相与MgSiO3的后钙钛矿相在晶体结构和Raman光谱上的相似性,Al_2O_3的能带结构计算结果建议,MgSiO3从钙钛矿到后钙钛矿的相变也可能导致MgSiO3的能隙减少,这对探索在下地幔底部具有异常高的电导率的机理有重要意义。 4)利用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,结合局域密度近似(LDA),还计算了纯Al_2O_3理想晶体的三个结构相在高压下的光吸收系数。结果指明,在0-220GPa的压力范围内以及在冲击波高压实验中所采用的光波段内(大约200-1000nm),Al_2O_3吸收系数始终为零。这说明冲击实验在大约130-172GPa范围内所观测到的蓝宝石光学透明性降低与它的相变无关。 5)本文的计算数据强化了Al_2O_3从Corundum到Rh_2O_3(II)的结构相变可能引起它的电导率变化的建议,但不支持这个相变可能改变蓝宝石光学透明性的推测。本论文第二部分运用分子动力学方法,采用嵌入原子模型(EAM)描述原子之间的相互作用势,在0-35GPa压强范围,对面心立方(FCC)结构金属铜中空位密度对其弹性性质的影响进行了计算模拟。为使缺陷可以在整个空间运动,采用了周期性边界条件。模拟均在0K温度下进行,对于温度的控制,采用的是Nose-Hoover方法,对于应力的控制则采用了Parrinello-Rahman等压方法。 本部分的主要工作和结果如下: 1)运用分子动力学方法对8×8×8原子数为2048的系统从0GPa到35GPa应力范围内的弹性系数进行了研究,得到了弹性系数随压强线性变化的关系。利用Murnagahan等温状态方程对压强和体积关系进行了拟合,得到铜在零压下的体模量。 2)分别对5×5×5、6×6×6、7×7×7、8×8×8的四种晶胞中各拿走一个点阵上的原子形成空位时各体系在零温零压下的弹性系数进行模拟计算,得到金属铜的弹性系数随空位浓度的变化规律。 3)对8×8×8的晶胞中含一个空位的系统在0-35GPa应力范围的弹性系数进行了模拟,并与无空位时相同大小的晶胞的弹性系数进行比较,得到相同空位浓度下,压强对有缺陷晶体弹性性质的影响。
【学位授予单位】:四川师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:O521.2

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 何旭;第一性原理计算探索高压下缺陷对LiF和AL_2O_3两种晶体的电子结构和光学性质的影响[D];四川师范大学;2011年
2 房勇;第一性原理计算探索冲击压缩下Al_2O_3电学、光学性质变化和MgO电学性质变化的机理[D];四川师范大学;2009年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 张岱宇;郝高宇;张明建;刘福生;;兆巴高压下c向蓝宝石的冲击辐射研究[J];人工晶体学报;2007年03期
2 朱梓忠;铝中空位形成能计算时的原胞尺寸等参数效应[J];物理学报;1998年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 张喜燕;赵新春;贾冲;刘庆;;计算典型结构金属元素空位形成能的新方法[J];重庆大学学报;2008年12期
2 罗新民;张静文;马辉;张永康;陈康敏;任旭东;罗开玉;;强激光冲击诱导铝合金中的空位现象分析[J];材料热处理学报;2012年01期
3 于晓华;王远;詹肇麟;刘忠;;空位形成能与键能的相关效应[J];材料热处理学报;2014年S1期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 何林;高温高压下(Mg,Fe)SiO_3和Al_2O_3的物性研究[D];西南交通大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 曾坤蓉;高压下空位浓度对金属铝弹性性质的影响[D];四川师范大学;2006年
2 房勇;第一性原理计算探索冲击压缩下Al_2O_3电学、光学性质变化和MgO电学性质变化的机理[D];四川师范大学;2009年
3 唐明杰;第一性原理研究压力及缺陷对窗口材料(LiF和MgO)物性的影响[D];四川师范大学;2012年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 周国清,徐军,周永宗,邓佩珍,干福熹;温梯法生长φ100mm蓝宝石晶体研制新进展[J];人工晶体学报;2000年S1期
2 张岱宇;郝高宇;张明建;刘福生;;兆巴高压下c向蓝宝石的冲击辐射研究[J];人工晶体学报;2007年03期
3 何林;何旭;房勇;曾明凤;唐明杰;薛学东;;压力及缺陷对蓝宝石电子结构影响的第一性原理研究[J];四川理工学院学报(自然科学版);2010年04期
4 周显明;汪小松;李赛男;李俊;李加波;经福谦;;强冲击压缩下LiF,Al_2O_3和LiTaO_3单晶的透光性[J];物理学报;2007年08期
5 李海铭;巫翔;李炯;陈栋梁;储旺盛;吴自玉;;高压下LiF和NaF的结构稳定性及其电子和光学性质的第一性原理研究[J];物理学报;2007年12期
6 史海峰;代雪峰;姬广富;刘红;龚自正;郭永新;;高压下单晶LiF的光学及热力学性质的密度泛函理论研究[J];原子与分子物理学报;2006年02期
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 葛庆飞;立方氮化硼紫外光吸收光谱及能带的研究[D];吉林大学;2005年
2 赵婧;透明导电氧化物薄膜包覆荧光粉的研究[D];山东师范大学;2006年
3 王佩怡;SrTiO_3铁电薄膜同质外延生长初期的理论研究[D];四川师范大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 谭华,戴诚达;金属的冲击波温度测量(Ⅳ)——“三层介质模型”及其应用[J];高压物理学报;2000年02期
2 汤文辉;非金属晶体导热系数与压力和温度相关性[J];高压物理学报;1994年02期
3 谭华;金属的冲击波温度测量(Ⅰ)──高温计的标定和界面温度的确定[J];高压物理学报;1994年04期
4 周国清,徐军,周永宗,邓佩珍,干福熹;温梯法生长φ100mm蓝宝石晶体研制新进展[J];人工晶体学报;2000年S1期
5 于旭东;孙广年;;蓝宝石晶体的生长方向研究[J];人工晶体学报;2006年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴建斌,王志成;Jahn-Teller效应和LiNbO_3的结构相变(Ⅰ)[J];物理学报;1991年08期
2 陈福泉,林樽达,周雄博,翟励强,郭运祥,黎土生,俞茂石;杂质对碘化铊结构相变的影响[J];人工晶体学报;1991年Z1期
3 郭宁,曾广赋,席时权;[n-C_9H_(19)NH_3]_2MCl_4(M=Cu、Mn、Zn、Co)层结构配合物固-固相变的热分析和红外光谱研究[J];化学物理学报;1992年03期
4 罗恩洲,黄荔,赵立华;W(100)表面因氢吸附引起的结构相变[J];湖南大学学报(自然科学版);1988年04期
5 ;显微拉曼研究外延生长的BaTiO_(3-x)薄膜的结构相变与结构动力学(英文)[J];光散射学报;2005年01期
6 韩桂华;王钰;;高压下KT_(i2)(PO_4)_3晶体相变的Raman光谱研究[J];黑龙江工程学院学报;2007年03期
7 刘勇;屈继峰;章一奇;项小强;李晓光;;La_(1.48)Nd_(0.4)Sr_(0.12)CuO_4的结构相变研究[J];低温物理学报;2005年S1期
8 卢东昱;陈建;周军;邓少芝;许宁生;;氧化钨纳米线结构相变的拉曼光谱研究[J];光散射学报;2006年02期
9 韩杰,邹广田,赵永年,葛中久,李守春;层状铁电体Ba_(1-x)Bi_(2+x)Ti_xNb_(2-x)O_9的结构相变研究[J];光散射学报;1999年04期
10 沈子威,钟毅,陆祖荫;利用正电子湮没技术研究大豆磷脂脂质体结构相变[J];生物物理学报;1988年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈艳萍;龙毅;万发荣;;用商用Gd制备的Gd_5Si_(1.85)Ge_(2.15)的结构变化研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
2 侯碧辉;眭云霞;郭常新;施朝淑;娄凤鸣;;ESR研究ZnS:Ag,Mn的结构相变[A];第七届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];1992年
3 聂长江;杨怀馨;石友国;虞红春;周玉清;李建奇;;Na_(0.75)CoO_2的高温结构相变研究[A];2005年全国电子显微学会议论文集[C];2005年
4 张迎春;岳振星;王瑾;齐西伟;桂治轮;李龙土;;结构相变对ZnNb_(2(1-x))Ti_xO_(6-3x)体系微波介电性能的影响[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
5 侯碧辉;郭常新;李碧琳;葵剑云;;以Mn~(2+)为标记的ESR研究ZnS的结构相变[A];第五届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];1988年
6 王磊;章晓中;;YBa_2Cu_4O_8超导体中压力引起的结构相变与T_c的关联[A];2000年材料科学与工程新进展(下)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
7 张明生;尹真;;高温氧化物超导体的结构相变和铁电性[A];中国物理学会光散射专业委员会成立十周年暨第六届学术会议论文集(上)[C];1991年
8 龙有文;杨留响;靳常青;;RCrO_4(R=Nd,Dy)化合物的高压Raman散射与结构相变研究[A];第十四届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2007年
9 于华民;郭星原;刘莹;许大鹏;;微区Raman光谱在TiO_2高压结构相变研究中的应用[A];第十四届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2007年
10 金石;王超;王晓峰;杨斌;高忠民;陆凤国;刘晓旸;;高温高压条件下介孔材料MCM-41相变的研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前6条
1 沈季 记者 张兆军;200万大气压金属钠变“透明”[N];科技日报;2009年
2 王诚;旅美学者时东陆博士超导研究发现新薄膜[N];人民日报海外版;2002年
3 ;我国晶体缺陷研究的先驱者之一[N];北京科技报;2000年
4 ;高性能纳米复合稀土永磁薄膜制备成功[N];科技日报;2003年
5 张晨;“基础学科毕业生须有一种坚持”[N];新华日报;2009年
6 记者 李大庆;大科学装置“强壮”我国创新能力[N];科技日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨雪;典型含氧八面体金属氧化物的高压结构相变研究[D];吉林大学;2014年
2 周丹;SnTe高压结构相变与物性研究[D];吉林大学;2014年
3 唐瑞莲;钒酸盐MV_2O_6的制备及其高压物性研究[D];吉林大学;2014年
4 陈长波;高压下几种典型氢化物结构和性质的研究[D];吉林大学;2014年
5 郝健;A_3N_2型和LnB_6型化合物的高压物性与结构相变研究[D];吉林大学;2011年
6 李岩;二元半导体化合物高压相变的第一性原理研究[D];吉林大学;2008年
7 郝少刚;若干低维结构和器件的第一原理研究与设计[D];清华大学;2006年
8 叶翔;纳米体系结构相变及物性的分子动力学模拟[D];复旦大学;2007年
9 顾晓;金团簇,纳米管与杯芳烃分子晶体的理论研究[D];复旦大学;2007年
10 田宝丽;钛酸盐纳米管的结构稳定性和光学特性研究[D];吉林大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 熊波;有机磁性材料基态及结构相变研究[D];武汉大学;2005年
2 王军国;石英界面处液态水的冲击结构相变[D];西南交通大学;2012年
3 汪金芝;Zn_yCo_xFe_(3-y-x-m)(Al,La)_mO_4纳米晶粒制备、微结构与磁性能研究[D];安徽大学;2005年
4 王晓丽;固态氮高压相的第一性原理研究[D];吉林大学;2008年
5 李印威;高压下氢化钙和氧化锡结构相变的第一性原理研究[D];吉林大学;2008年
6 刘海平;高压下钒的结构相变的第一性原理计算研究[D];扬州大学;2008年
7 王鹏;氟化亚铈纳米晶和碳管包覆氟化亚铈纳米线复合结构的制备及其高压结构相变研究[D];吉林大学;2009年
8 刘丹;三卤甲烷(Cl、Br、I)在高压及高温条件下的探索[D];吉林大学;2007年
9 李华;PtCl络合物的开链边界条件和激子[D];四川师范大学;2002年
10 梁少微;CaB_6高压下的电输运性质及结构相变[D];吉林大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026