论文部分内容阅读
地球的内核主要由铁元素组成,然而大量研究证实地核密度低于相应条件下的纯铁的密度的2%-5%,这表明地核内部还有一些轻质元素存在。氢元素被认为是最有可能存在的元素之一,但确切的化学组分仍然没有明确,因此对于铁基氢化物的研究有重要的意义。 本文以FeH4作为研究对象,将粒子群优化算法与第一性原理计算相结合,对FeH4的结构进行预测,并对高压引起的结构相变和物理性质做了一系列研究,得出结果为: 在80-400 GPa的压强范围区间,FeH4具有三个基态结构,随着压强的升高共发生两次结构相变,相变的序列为空间群为P213简单立方的α相→空间群为Imma正交的β相→空间群为P21m单斜的γ相。研究表明,以上三个基态结构的声子谱均未出现声子软化现象,具有晶格动力学稳定性。 在高压下,预测得到的α相结构表现出绝缘体特性,带隙为2.64 eV。对于高压β相结构,在费米面处其能带发生交叠,说明该相具有金属性。高压下γ相结构的能带表明,导带和价带间的带隙为0.4 eV,为窄带隙半导体。 对于预测得到的金属β相进行了电子-声子耦合计算,结果表明β相在109.12GPa下的超导转变温度为1.7K。 上述结论对于探究地核内部Fe-H体系的稳定相及相变特征有重要的意义。