高压下的ZnAs2结构动力学与电子性质
毕业论文关键词：高压相变 第一性原理 弹性常数 态密度
The structural, elastic, electronic properties of ZnAs2under high pressure
Abstrac tUsing the first-principles method based on the density functional theory, thestructural, elastic, and electronic properties of ZnAs2. were studied. It was found thatZnAs2 with P2/c symmetry transforms into I4122 structure at 7 GPa and I4122structure transforms into P41212 phase at 11 GPa. Elastic constants calculationsshown that both zero pressure phase and high pressure phases predicted aremechanically stable. Electronic structure calculations discovered that ZnAs2 withP41212 symmetry presents metallic behavior.
Key Words: High pressure phase transition First-principle Elastic constantDensity of States
目录
摘要.I
AbstractII
目录.III
图清单.IV
表清单.IV
1绪论.1
1.1高压物理的发展和意义..1
1.2ZnAs2的研究背景.1
1.3研究的目的..2
1.4本文的主要内容..2
2理论基础..3
2.1能带理论3
2.2布洛赫定理和布里渊区..3
2.3第一性原理的内容及其运用..3
2.4密度泛函理论.4
2.5软件使用5
3ZnAs2能带、态密度以及稳定性的计算和分析..6
3.1结构及结构优化的讨论..6
3.2ZnAs2结构的能带图的处理和分析.7
3.3弹性常数的测定与分析9
3.4ZnAs2结构态密度图像的处理和分析.11
4结论..13
参考文献.14
致谢16
1 绪论1.1 高压物理的发展和意义高压物理[2]是是研究物质在高压作用下物理行为的学科。高压是一种极端条件，泛指一切高于常压的压力条件。20 世纪以前，高压物理由于受到设备的制约，只能在几千个大气压下伴随着几百个温度的变化范围来进行试验，这样的实验很难有重大的突破。在20 世纪之后，随着设备的不断更新，大大的提高了高压下的材料物性的研究。到了 20世纪 50年代之后，更加强大的高压技术为人工合成金刚[3]石创造了条件，高压研究也从静态研究走向动态研究，并开始进入微观世界进行各项研究。 高压物理作为一门学科更加使得我们在研究的道路上走得更远。一般在常温常压下，一种物质材料体现出来的性质可能并不是我们所需要的，但是在高压的条件下，科学家们发现在压力不断增加的情况下，材料的结构会发生结构的相变，这样的发现有很大的意义，因为研究表明，一般在百万个大气压左右，材料一般会产生多种相变，科学家们在材料选择中就会有更多的选择性。并且现在我们还可以借助高压的极端条件，来进行某些稀有材料的合成，这样可以间接节约一定的资源。还可以利用高压下结构相变可以释放出能量（往往新产生的物质的能量比原有的物质的能量低）的特点，获得一定的能源去造福人类。总而言之，高压物理的多领域的重要性决定的这样的一门科学在未来一定会有很广阔的前景。
1.2 ZnAs2的研究背景近年来， 金属Zn的研究主要还是在ZnO这样一个比较热门的金属化合物上，对于非金属As 的研究主要是对GaAs[4]材料的研究上， 为什么会对这两个材料有这么多的人去研究呢，在阅读了一定的文献之后，了解到砷化镓(GaAs)材料当温度在300 K 时， 随压强的增加， GaAs 发生从闪锌矿结构 GaAs-I(空间群为 F 43m)到正斜方晶结构 GaAs-II(空间群为 Pmm2)的相变，其相变压强值为 17 GPa 和11.5-13.5 GPa。 从 GaAs-II(空间群为 Pmm2)到 GaAs-III(空间群为Imm2)相变发生在24 GPa 。 角散射技术[5]发现GaAs-II结构应属于Cmcm空间群。 Mujica和Needs通过第一性原理计算发现 GaAs 的 Cmcm 空间群结构要比 Pmm2 空间群结构稳定。文献的阅读得到这样的一个结论：这样的两个结构在高压下都会产生多种结构相变， 从而让科学家产生了很大的兴趣， 新结构产生往往伴随着新性质的产生源`自,优尔.文;论"文'网[www.youerw.com。我在研究 ZnAs2这个结构的时候，常压下 ZnAs2是 P2/c 结构，计算过程中也没有发现什么新的性质。在预计的压力范围内（0—20GPa） ，整个计算过程进之中，发现其中出现了新的两个结构，分别为I4122 和P41212 两个结构，那么同样的金属非金属的化合物，ZnAs2化合物也在高压下也会产生多种的相变，那么是不是对ZnAs2化合物的研究，也能得到一些不错的效果，这样的一个背景下，开展了这样的一个实验性的探究。并且这样的组合化合物研究的人还很少，希望这项研究可以对砷锌化合物研究进展提供一定的帮助。1.3 研究的目的在高压的条件下，由于结构相变导致我们有了更加广阔的材料选择余地，在知道ZnAs2在高压下可以产生多次结构相变之后， 这个项目计划研究相变之后产生的ZnAs2新结构是否具有新的物理性质。 计划通过结合第一性原理和密度泛函理论对新结构电子性质进行理论的预测和基本性质的判定， 并且验证一下在高压的条件下，这样的新型的结构是否能够稳定的存在，是否满足预期的实验结果。如果不稳定那么这样的一个新结构又将会变为什么？项目就会继续的研究下去，不断的改变实验的方案和参数的设定，直达得到预计的结果。