Hf-C体系的高压结构预测及电子性质第一性原理模拟

作者：彭军辉; 曾庆丰; 谢聪伟; 朱开金; 谭俊华

来源：Acta Physica Sinica, 2015, 64(23): 235-244.

• Hf-C体系
• 晶体结构预测
• 电子性质
• 第一性原理模拟

本论文中,采用晶体结构预测软件USPEX结合第一性原理方法全面地搜索了Hf-C体系在高压下的晶体结构,预测得到了两种新的化合物及HfC在高压下的相变路径.压力低于100 GPa时,除了常压下的结构HfC,Hf3C2,Hf6C5,并没有得到新的热力学稳定结构.在200 GPa时,预测得到了一种新化合物——Hf2C,空间群为I4/m;且HfC的结构发生了相变,空间群由Fmˉ3m变为C2/m.在300 GPa时,预测得到了另一种新化合物——HfC2,空间群为Immm.而在400 GPa时,HfC的结构再次发生相变,空间群为Pnma.通过能量计算,得到了Hf-C体系的组分-压力相图:在压力分别低于15.5 GPa和37.7 GPa时,Hf3C2和Hf6C5是稳定的;压力分别大于102.5 GPa和215.5 GPa时,Hf2C和HfC2变成稳定化合物;HfC的相变路径为Fmˉ3m→C2/m→Pnma,相变压力分别为185.5 GPa和322 GPa.经结构优化后,得到了这四种高压新结构的晶体学数据,如晶格常数、原子位置等,并分析了其结构特点.对于Hf-C体系中的高压热力学稳定结构,分别计算了其弹性性质和声子谱曲线,证明是力学稳定和晶格动力学稳定的.采用第一性原理软件VASP模拟高压结构的能带结构、态密度、电子局域函数和Bader电荷分析,发现HfC(C2/m,Pnma结构),Hf2C和HfC2中Hf-C键具有强共价性、弱金属性和离子性,且C-C间存在共价作用.

• 出版日期2015
• 单位西北工业大学; 太原工业学院