固态砷高压相的第一性原理研究

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1、本科生毕业论文（设计）中文题目固态砷高压相的第一性原理研究英文题目FirstPrinciplesStudiesofHighPressurePhaseofSolidArsenic学生姓名郑松宽班级06级4班学号32060403学院物理学院专业物理学指导教师崔田职称教授摘要摘要无论实验上还是理论上，砷A7→SC的相变压强都是前期工作者一直争论的话题。本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了固态砷A7→SC的相变压强，并讨论了两相的金属性和相变机制。首先我们在0GPa到60GPa的范围内对这两个结构进行几何优化。在优化过程中，晶格常数、晶格矢量夹角和原子位置在压力作用下发生变

2、化，直至晶体结构充分合理，能量达到最低。通过晶体结构参数的变化我们推断出砷A7→SC相变发生在26±1GPa，而且在相变过程中，晶体体积未发生突变，这表明该相变属于二级相变。各相的能带图和电子态密度曲线表明砷A7相是半金属相，而砷SC相是金属相，这个结论与实验结果一致。为了研究发生结构相变的诱因，我们计算了这两个结构的弹性常数，结果表明弹性常数软化不是结构相变的根本诱因。通过对原子近邻的进一步研究发现，该相变与A7相层内共价键和层间范德瓦尔斯键向六配位的金属键（SC相中原子间的化合键）演化有关。关键词砷；A7；SC；第一性原理；高压；相变；弹性常数；IAbstractAbstrac

3、tInthepast,theA7→SCtransitionpressureofarsenichasbeenthesubjectofexperimentalaswellastheoreticaldispute.Inthispaper,weusefirst-principlescalculationswhichisbasedonthedensityfunctionaltheory(DFT)tostudytheA7→SCtransitionpressureofarsenic.Thenwecomprehensivelydiscussthemetallicitiesandvariatonso

4、fthesephases.Geometryoptimization,whichusesthePerdew-Burke-Ernzerhgeneralizedgradientapproximations(GGA-PBE)fortheexchange-correlationfunctional,issubjectedtopressureswhichrangefrom0Gpato60GPa.Foreachgivenpressure,celllengthsandangles,aswellasatomicpositions,areallowedtovaryuntilthefullyrelaxe

5、dstructureisobtained.WefindthattheA7→SCphasetransitionoccursat26±1GPa.Novolumediscontinuityisobservedatthistransition,whichindicatesthatthistransitionisofsecondorder.ThecalculatedbandstructuresanddensityofstatesrevealthattheA7phaseissemimetalwhiletheSCphaseismetal,whichisconsistentwithexperime

6、nt.ThecalculatedelasticconstantsrevealthatthesofteningofelasticconstantsisnotthedrivingforceofthetheA7→SCphasetransition.Keywordarsenic;A7;SC;first-principles;highpressure;phasetransition;elasticconstantII目录目录摘要...................................................................................

7、.....................IAbstract...............................................................................................II目录........................................................................................................i第一