金属钌同素异构体问题的第一性原理计算研究

摘要：

针对Ru同素异构问题,先假定Ru可能结构为fcc,hcp,bcc,bct,而后用密度泛函方法计算这些结构的基态能量、晶格常数、弹性系数矩阵等参数.各结构内聚能为hcp＜ fcc＜ bcc ＜bct,与已有计算一致.晶格常数也与计算和实验一致,汁算发现密度为hcp＞ fcc＞ bcc＞ bct,比值为:1.000∶0.995∶0.967∶0.873.计算得各结构弹性系数矩阵,用Voigt理论计算得0K的体弹性模量、杨氏模量、剪切模量、泊松比等参量,结合塑脆判据发现bcc和bct是塑形晶体,hcp和fcc为脆性晶体,对hcp结构的结论与实验一致.基于晶体力学稳定性判据首次发现0K下只有bcc结构是不稳定的,其他结构稳定.从热力学角度研究结构的稳定性,用德拜准简谐理论及公式,结合力学性能计算数据,计算了常压下各结构的Ru的自由能曲线,分析得到常压下0～2343 K内Ru稳定性是:hcp＞ fcc＞ bcc＞ bct,2343 K至熔点2523 K内Ru稳定性是:hcp＞ bcc＞ fcc＞ bct.比较已有数据和计算结果,可确定常压下在Ru熔点以下只有hcp结构Ru存在,解决了Ru的同素异构问题.

关键词：钌、同素异构体、密度泛函、稳定性

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分类号：TG146.2(金属学与热处理)

资助基金：国家自然科学基金项目51267007,51461023,U1302272,51164015;云南省自然科学基金项目2010CD126,2012FB195,2015FA042;云南省省院省校项目2012IB002;云南省创新团队项目2012HC027资助

在线出版日期：2016-05-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：1095-1100