23-过渡金属化合物OsB2与OsO2低压缩性的第一性原理计算研究lyc.ppt

文档介绍：过渡金属化合物OsB2与OsO2
低压缩性的第一性原理计算研究
梁拥成
导师:方忠,郭万林
南京航空航天大学纳米科学研究所
中国科学院物理研究所理论组
2006-9-14
主要内容:
研究背景
计算细节
结果与讨论
结论
研究背景
Os: bulk modulus 395-462GPa , hardness 400kg/mm2(4GPa)
its carbide, nitride, boride and oxide may be much interesting candidates as very hard materials.
(2) OsB2: Cumberland et al J. Am. Chem. Soc. 127, 7264 (2005).
(a) Synthesize OsB2
(b) EOS measurement : bulk modulus 365-395GPa
(c) Qualitative scratch test: hardness > 2000kg/mm2()
(3) RuO2: Science 271 629 (1996), Phys. Rev. B 61 10029 (2000)
在常压下以金红石相结晶,而且存在高压黄铁矿相(Pa3)和萤石相(Fm3m)结构,它们的体变模量高达384GPa,399GPa.
OsO2与它是具有相同价电子数,而且在常压下是同构的,应该具有类似吗?
本工作的主要目的:
Os具有很高的体变模量,加入B和O能否保持高体变模量的同时,极大提高硬度?
2. 大体变模量和高硬度的物理微观机制?
(1) 第一性原理 PW-PP法 BSTATE 程序包
(4) ,对所有研究体系的绝对总能量收敛性好于2mRyd/分子.
(2) 对于Os、B和O原子分别基于价态构形5d76s16p06f0、2s22p13d0 和2s22p43d0以及相对论芯核,产生Vanderbilt超软赝势, GGA
(3) 对OsB2体系,OsO2的金红石相、黄铁矿相与萤石相体系的动量空间抽样积分分别采用14×16×14、14×14×16、14×14×14和14×14×14 Monkhorst-Pack的网格
(5) 对于四种锇的化合物相,,且存在内部坐标,,允许内部坐标驰豫,把系列c/a构形下的能量进行二次抛物线拟合以获得最低能量下晶格参数,,需要进行两步优化,.
计算细节
结果与讨论
(1)状态方程
The third-order Birch –Mumaghan EOS:
(a)剪切模量计算:R. Hill. Proc. Phys. Soc. London 65 350(1952)
Voigt-Reuss-Hill (VRH) 法:
Voigt: 15GV=(c11+c22+c33)-(c12+c23+c31)+3(c44+c55+c66)
Ruess: 15/GR=4(s11+s22+s33)-4(s12+s23+s31)+3(s44+s55+s66)
G=(GV+GR)/2
(b)硬度估算:F M Gao et al. Phys. Rev. Lett. 91 015502(2003)
Na单位面积的共价键数目;Ne电子浓度;d键长;fi 离子度
OsB2: G=168GPa(GGA), 174GPa(LDA)
HV=
[APL 88 221904(2006)]
OsB2 和OsO2萤石相是较硬的,但不是超硬的材料(40GPa)!!
OsO2萤石相:G=242GPa HV=
(2)结构与相变
OsB2: 正交结构(群号 59, Pmmn)
Os : (, , z)
(, , -z) z=
B: (u,, v) (-u, , -v)
(-u, , v)
(+u, , -v)
u=, v=
a=, b=,c=
OsO2
金红石相: 四方结构,群号:136
a=,c=,u=
Os: (0,0,0); (,,)
O: (u,-u,0);(-u,u,0);
(-u