【摘 要】
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基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)和密度泛函微扰理论方法,采用一般梯度近似(GGA),优化计算得到Ni,Cu,Rh,Pd,Ir,Pt和Au等过渡金属的晶体结构,能量,能带结构和态密度,声子散射结构和态
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基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)和密度泛函微扰理论方法,采用一般梯度近似(GGA),优化计算得到Ni,Cu,Rh,Pd,Ir,Pt和Au等过渡金属的晶体结构,能量,能带结构和态密度,声子散射结构和态密度,研究了能量与晶格结构的关系。
结果表明,在同一周期内金属的原子序数较大时,能量曲线趋向于一个简单立方(SC)极大和两个分别为稳定的FCC与亚稳的BCC极小;原子序数较小时,则趋向于出现两个分别位于SC结构两边的极大,而SC结构的附近则形成一个势阱浅能量高的极小。
这些金属除了Ni具有磁性以外,均无磁性,其电子能带结构中均有能带穿过费米面形成能量范围较宽具有金属特征的导带,在费米面附近的态密度主要由L-X-W区间的能带提供贡献。当晶格受到热或外场的作用时L点附近的电子将沿着L-X-W方向激发,X点附近的电子沿Γ-X-K方向激发。
计算得到的声子谱,熵,热容,体积模量,格林艾森常数和热膨胀系数等基本物理数据与实验结果符合较好。除了Pt和Ir以外,纵声学波(LA)的态密度峰一般比横声学波(TA)的高。随着原子序数增加,TA与LA的态密度峰高之比递次增大。Ir的TA与LA态密度峰的高度基本持平,Pt的TA态密度峰反而比LA的略高。
通过分析晶格结构与能量的变化关系,研究讨论了固体-液体以及铁磁-顺磁结构的相变机理,并直接导出了金属Ni,Cu,Rh,Pd,Ir,Pt和Au的熔化温度Tm以及Ni的居里温度Tc,并与实验数据进行了比较。本文直接导出的常压下熔化温度以及Ni的压力-熔化温度曲线明显优于动力学的模拟结果。结果分析表明,本文关于过渡金属的固体-液体相变以及金属Ni铁磁-顺磁相变的机理具有合理性,值得进一步深入研究。
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