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-论文.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．18(2014)186401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术王金荣)朱俊)十郝彦军)姬广富2)向钢)邹洋春)1)(四川大学物理与科学技术学院，成都610064)2)(中国工程物理研究院流体物理研究所，绵阳621900)(2014年4月22曰收到；2014年5月7日收到修改稿)采用密度泛函理论中的赝势平面波方法系统地研究了高压下RhB的结构相变、弹性性质、电子结构和硬度．分析表明，RhB在25．3GPa时从antiNiAs结构相变到FeB结构，这两种结构的弹性常数、体弹模量、剪切模量、

2、杨氏模量和弹性各向异性因子的外压力效应明显．电子态密度的计算结果显示，这两种结构是金属性的，且费米能级附近的峰随着压强的增大向两侧移动，赝能隙变宽，轨道杂化增强，共价性增强，非局域化更加明显．此外，硬度计算结果显示，anti—NiAs—RhB的金属性比较弱，有着较高的硬度，属于硬质材料．关键词：高压，结构相变，弹性性质，电子结构PACS：64．70．K一，62．20．D一，71．20．-b，62．20．QpDOh10．7498／aps．63．186401成的强烈的三维价键网，使得它们所构成的物质1引言有着很高的硬度．此外，经过大量的实验，人们认识到d轨道价电子对过渡

3、金属化合物的硬度有着超硬材料具有高硬度、高弹性模量、高耐磨性很大的贡献．因此，很多科学家尝试着设计了一些以及稳定的化学性质，并且能够承受各种极端的压轻型元素和过渡金属的化合物来寻找硬质材料，尤力条件．因此这些材料在科技和工业领域有着广其是过渡金属的硼化物，比如ReB2，WB4，OsB2，泛的用途，比如可以用作研磨剂、切割工具以及耐RuB2，IrB2和TiB2等．其中，ReB2和WB4的硬度磨涂层等【l】_正是由于具有这些优异的性质以及分别高达55GPa和46GPa，而OsB2，RuB2，IrB2广泛的应用前景，超硬材料的设计合成与研究备受和TiB2也都属于硬质材料[

4、1,6-11】．科研人员的青睐．近年来，很多科研工作者都在致作为过渡金属的一种，Rh元素是剪切模量最力于寻找或设计新型的超硬材料．事实上，材料的高的元素之一【。](剪切模量最高的是金刚石)．因硬度主要是由晶体内原子间的成键决定的[，引．在此，近些年来硼化铑(RhB)吸引了很多人的研究，寻找新型超硬材料的过程中，一些轻型元素的化在实验方面，Aronsson等[12]用X射线研究了铂系合物引起科学家的关注，如氮化物和硼化物．并且金属的氮化物和硼化物，认为RhB最可能具有的在过去的几十年间已经取得了丰硕的成果，比如空间群结构是Cmcm结构．Rau和Latin[13】用一发

5、现类金刚石结构的BC2N具有76GPa的维氏硬度，它的硬度仅次于金刚石，排名第二[4】．后来，科种电子束装置制备出了块状RhB1．1材料，并用X学家又分析了立方体结构的BC5，并且发现它的硬光衍射和微型压印技术检测了它的结构特征和力度高达71GPa[5】．为什么它们具有如此高的硬度学性质．他们认为RhB1．1是六角结构，并且其空呢?事实上，正是由于这些轻型元素f碳和硼等)形间群为P63／mmc．通过用维氏硬度计测量出它在教育部新世纪人才支持计划(批准号：11—0351)和国家自然科学基金(批准号11004141，11174212)资助的课题十通讯作者．E-mail：

6、zhujun@scu．edu．ca⑥2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp：／／wulixb．咖hy．ac．c186401—1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．18(2014)186401常压下的硬度为22．6GPa．当给此块状RhB1．1材2理论方法料施加以0．49—9．81N的负载压力时，其硬度将在2．1总能和电子结构的计算22．6—7GPa之间变化．后来他们又以SiO2为基底，采用脉冲激光沉积技术制备出了1．0厚的能量结构计算基于密度泛函理论，使用由RhB】薄膜，并测出其硬度高达44GPa[H】．此外，Va

7、nderbilt[TM]建立的非局域超软赝势，对交换关．】在理论方面，仅有Wang等[15]在密度泛函理论的联势采用了广义梯度近似方法和Perdew—Burke-Ernzerhof泛函[19]．整个计算过程是通过Cam—框架下，采用广义梯度近似法，发现RhB可能存在bridgeserialtotalenergypackage(CASTEP)代新的结构B结构，并预测了从anti—NiAs结构码[20】实现的．在赝势方法中，电子和原子核的势到FeB结构的相变压强为22GPa．但是，他们并没能被离子实的等效势能所取代，在此过程中仅有有计算Cmcm结构，因此这种结构能否