【摘 要】
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本研究采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，对hcp-Fe, fcc-Fe, Fe3S, FeS以及FeS2等端元组分进行了大规模晶格动力学和分了动力学计算。通过与大量已有实验数据比较，我们发
【机 构】
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中国科学院地质与地球物理研究所 中国科学院地球与行星物理重点实验室 100029 北京
【出 处】
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2014年中国地球科学联合学术年会
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本研究采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，对hcp-Fe, fcc-Fe, Fe3S, FeS以及FeS2等端元组分进行了大规模晶格动力学和分了动力学计算。通过与大量已有实验数据比较，我们发现:如果选择广义梯度近似(GGA)作为交换相关项，模拟结果在低压下表现出较大系统偏差，这种偏差随着硫含量增加和压力的增加而减小;加入白旋极化可以显著地提高低压下模拟结果的准确度;随着高压下各体系磁矩的消失，GGA表现出很好的预测性，在100GPa以上的压力误差在±5GPa范围内，与实验误差相当。由于硫在固态铁中的溶解度随压力升高而增大，内核条件下可能达到16at％（9.86wt%)，还对Fe-S固溶体的密度进行了研究。考虑到此浓度的硫和内核温度等因素仍不能使bcc-Fe稳定，在hcp-Fe, fcc-Fe中替换若干硫原了，得到浓度分别为3.125at%, 6.25at%, 12.Sat%的Fe-S固溶体密度。发现，hcp和fcc结构的固溶体相对纯铁的密度缺失量彼此几乎完全重合，表明同处于最紧密堆积结构的两种固溶体中硫的作用不可区分;此外，固溶体的密度缺失量对温度不敏感，但随着压力升高而明显降低;随着硫含量的增加，密度缺失量线性增加，并且可以很好地外延至Fe3S相对纯铁的密度缺失。根据前人估算的内核密度缺失，如果仅把硫为内核轻元素，地球内核中的硫含量约为2.8-8.3at%（1.6-4.9wt%），与宇宙化学方法估计值相符。
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