【摘要】：壓力是一個最基本的熱力學(xué)變量,壓力可以使物質(zhì)之間的原子距離減小,導(dǎo)致原子重排使得物質(zhì)的晶體和電子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,從而出現(xiàn)新的物理化學(xué)現(xiàn)象以及形成新的結(jié)構(gòu)。因此,通過控制壓力獲得常壓下無法合成的,具有優(yōu)異性能的材料很有必要。實驗上已經(jīng)使用靜態(tài)和動態(tài)高壓技術(shù)合成了許多具有優(yōu)異性能的功能材料,例如物質(zhì)的高壓新相的發(fā)現(xiàn)和超導(dǎo)體的合成等。本文通過基于粒子群優(yōu)化算法的CALYPSO第一性原理計算軟件包分別對堿土金屬化合物和三元富氫化合物的高壓相進行晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測,主要工作如下:(1)對之前堿土金屬硫化物的高壓相的實驗和理論工作發(fā)現(xiàn),研究的壓力不超過150 GPa。我們知道現(xiàn)在實驗的高壓水平能達到500 GPa左右,又因為物質(zhì)在高壓下會得到新的物質(zhì)構(gòu)型或者其他一些奇異的現(xiàn)象,有利于我們深入了解材料的性質(zhì)。因此,我們想在更高的壓力下(大于150 GPa),對于堿土金屬化合物是否會出現(xiàn)新的結(jié)構(gòu)?我們通過CALYPSO軟件對堿土金屬高壓相進行結(jié)構(gòu)預(yù)測,得到了四種新的高壓結(jié)構(gòu)。在更高的壓力下,我們發(fā)現(xiàn):BeS會由B8結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)镃mca結(jié)構(gòu);CaS和SrS具有從B2結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)棣?NbP-type結(jié)構(gòu)的相同的相變序列,而MgS將從B28結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變到β-NbP-type結(jié)構(gòu);然而BaS的B2結(jié)構(gòu)會相變?yōu)镮mma結(jié)構(gòu)。這四種新相結(jié)構(gòu)在相應(yīng)的壓力范圍內(nèi)的熱力學(xué)和動力學(xué)都穩(wěn)定。計算出的能帶和態(tài)密度表明,這些高壓新相中的大部分都具有金屬性。(2)迄今為止,對于氫化物的超導(dǎo)研究集中在二元氫化物上。通過對二元氫化物的研究結(jié)果分析發(fā)現(xiàn):高壓下富氫化合物的高對稱性結(jié)構(gòu)都呈現(xiàn)出非常高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度,尤其是立方相結(jié)構(gòu),例如體心立方Im-3m-H_3S和Im-3m-MH_6(M=Mg,Ca,Y)在高壓下的T_c達到200 K,而立方結(jié)構(gòu)Fm-3m-LaH_(10)和Im-3m-YH_(10)在高壓下T_c都突破了250 K;在這些高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的二元氫化物中,超導(dǎo)電性的貢獻主要來自輕質(zhì)量的氫元素;由于預(yù)壓縮作用,摻雜的非氫元素有利于減小氫金屬化壓力,比較重的元素的氫化物具有低的金屬化壓力和高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。基于以上因素,我們將探索稀土金屬X(X=Y和La)摻雜H_3S的三元氫化物XSH_6是否能成為高溫超導(dǎo)體的候選材料。通過基于粒子群優(yōu)化算法的CALYPSO晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測軟件,我們預(yù)測得到了三元氫化物YSH_6和LaSH_6的高壓結(jié)構(gòu)P4_2/mmc-YSH_6和Cmcm-LaSH_6,并且預(yù)測了在300 GPa時這兩結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度T_c,分別為61 K和35 K。我們的研究結(jié)果表明向高T_c的超導(dǎo)二元氫化物中摻雜重元素可獲得新的三元氫化物超導(dǎo)體并計算了兩種可能的高壓合成路徑Y(jié)S(LaS)+H_2和H_3S+LaH_3,這為進一步探索高T_c的三元氫化物提供了指導(dǎo)作用。
【圖文】：

引言發(fā)展史，人類對世間萬物的探究從未停談及科學(xué)實驗，人們一般會聯(lián)想到實驗各種器皿，陳列了各種藥品試劑。然而的內(nèi)涵，，各種材料計算與模擬實驗只需first principle calculation）正是近現(xiàn)代理論基礎(chǔ)是量子力學(xué)理論，這種理論不過來作用于量子力學(xué)。計算與模擬實驗究的趨勢，這種情況不但使材料研發(fā)變了實驗所需要的研究方法。

我們可以得到 Kohn-Sham 方程。關(guān) Kohn-Sham 方程的推導(dǎo)過程中，如果你感到似乎是陷是對的。為了求解 Kohn-Sham 方程，需要確定 Hartree 勢項，又需要知道電荷密度；但是為了找到電荷密度，又；為了知道這些波函數(shù)，又必須求解 Kohn-Sham 方程。題通常用迭代算法來處理，其過程簡述如下：
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB303;O511.2

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本文編號：2689366