Fe-3.24%Si的状态方程和声速的第一性原理计算:地球内核Si元素的约束

作者：李佩芸; 黄海军; 李艳丽^*

来源：高压物理学报, 2019, 33(06): 3-11.

• Fe-3.24%Si
• 第一性原理计算
• 状态方程
• 声速
• 内地核

硅(Si)被认为是地球内核的主要轻元素,但其在内地核中的含量仍然存在争议。为了探索内地核中Si的含量,应用第一性原理方法对Fe-3.24%Si(Si的质量分数为3.24%)进行了研究。构造了4种Fe-3.24%Si的超晶胞,研究了不同的晶胞大小和自旋对优化结构的影响。结果表明:在100 GPa以上,自旋对Fe-3.24%Si的密度无影响;而在100 GPa以下,考虑自旋时的计算结果更接近实验值。基于0 K下的声速、状态方程和相关热力学参数,计算了Fe-3.24%Si在内地核条件下的密度和声速。研究发现:Fe-3.24%Si的密度低于纯铁的密度,略高于内地核的密度;纵波声速及剪切波声速与纯铁的声速很接近,但均明显高于内地核声速,因此排除了内地核含有大量Si元素的可能性。

• 出版日期2019
• 单位武汉理工大学