Se不同晶體相高壓行為的第一性原理研究.pdf

1、近年來，第VI主族元素的高壓行為一直是人們研究的熱點領(lǐng)域。對于晶體硒的壓致相變研究，目前已做了大量的研究工作。這主要歸功于作為一種重要的半導(dǎo)體單晶材料，晶體Se的高壓相變豐富，壓力對晶體的超導(dǎo)電性的影響也非常的大。常溫常壓下材料Se通常以固態(tài)非晶的形態(tài)存在。
　　此前, Akahama等人利用高壓X射線衍射實驗研究了Se元素在高壓下的晶體結(jié)構(gòu)，截止到150 GPa共發(fā)現(xiàn)Se的五種晶體相，它們是六角晶體相、單斜相(I)、單斜晶體相(

2、II)、正交晶體相，體心立方晶體相(bcc)。但是到目前為止對于Se晶體的壓致相變序列，各晶體相能夠穩(wěn)定存在的壓力范圍及各晶體相的具體的壓致相變點并沒有給出明確結(jié)論。
　　本文中利用之前Akahama、M. Kobayashi、Parthasarathy和Holzapfel等人給出的晶體硒各高壓相的實驗數(shù)據(jù)，在Materials Studio7.0軟件包下的CASTEP模塊中對硒各晶體相進行建模。為了得到不同壓力下各相平衡態(tài)下的晶

3、格常數(shù)，對各晶體相進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，結(jié)構(gòu)優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)為：能量收斂條件為5×10-6eV；原子上的受力收斂于0.01eV/為止；晶體的內(nèi)應(yīng)力收斂標(biāo)準(zhǔn)為0.02 GPa。
　　采用基于密度泛函的第一性原理贗勢法，計算了硒不同晶體相的能帶結(jié)構(gòu)、電子態(tài)密度隨壓力的變化。得出在壓力作用下晶體的帶寬逐漸減小，各能帶明顯展寬，經(jīng)計算得0 GPa六角晶體的帶寬為1.388 eV是一種半導(dǎo)體材料，環(huán)狀單斜晶體的帶寬為2.471eV屬于寬帶隙半導(dǎo)體，而鏈

4、狀單斜晶體的帶寬是0 eV，它是一種金屬相。并給出六角晶體的半金屬化壓力為15 GPa，環(huán)狀單鞋晶體在10 GPa時就已經(jīng)完成了半-金屬化轉(zhuǎn)變。
　　通過對比硒各晶體相的單原子平均吉布斯自由能隨壓力的變化，來判斷在0～20 GPa壓力范圍內(nèi)各晶體相的穩(wěn)定性。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)常壓下六角結(jié)構(gòu)為最穩(wěn)定的晶體相，隨著壓力的曾加六角相穩(wěn)定性降低，當(dāng)壓力增加到16.2 GPa時六角相向環(huán)狀單斜相轉(zhuǎn)變，而由六角到鏈狀單斜晶體的相變壓力為15.3 GP