Be熱力學(xué)函數(shù)的非簡諧修正.pdf

1、鈹是一種堿土金屬，位于元素周期表的第ⅡA族。鈹在地球上比較稀少，在地殼中含量約為0.001％。金屬鈹對液體金屬具有抗腐蝕性，經(jīng)常被用作核反應(yīng)堆的中子減速劑；由于鈹?shù)拿芏刃　椥阅?shù)高和熱穩(wěn)定性好，鈹銅合金還被用于制造不發(fā)生火花的工具，如航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵運(yùn)動部件、精密儀器等。由于鈹在地球上的儲存量少，而且在核反應(yīng)堆、航空等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用，所以我們必須對其進(jìn)行有效合理的利用，而這就要求我們對其結(jié)構(gòu)性質(zhì)有較好的認(rèn)識。
　　 雖然

2、Be的原子核外面只有四個電子，但是在理論上對其基本結(jié)構(gòu)問題的研究還存在著較大的不足。常溫常壓下，Be最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)是六角密堆積相(hcp，空間群P63/MMC)，該相在1530±10K時相變成體心立方相(bcc，空間群IM3M)，直到1560K時融化為液體。然而，理論上至今為止依靠簡諧近似或者準(zhǔn)簡諧近似(Quasiharmonic Approximation，QHA)進(jìn)行的計(jì)算都未能對該問題給出合理的解釋?？蒲腥藛T普遍認(rèn)為在上述低壓高溫條

3、件下，bcc的非簡諧效應(yīng)對bcc的自由能的貢獻(xiàn)較hcp的大，并最終導(dǎo)致了在1530K左右發(fā)生了α→β相變。
　　 本質(zhì)上，相變反應(yīng)的是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的變化，而結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性包括熱力學(xué)穩(wěn)定性和動力學(xué)穩(wěn)定性兩方面。通常描述動力學(xué)穩(wěn)定性常用的方法是簡諧近似計(jì)算結(jié)構(gòu)的聲子譜。許多元素的bcc結(jié)構(gòu)通過簡諧近似計(jì)算得到的聲子譜存在虛頻，這樣的結(jié)構(gòu)通常被認(rèn)為是不穩(wěn)定的。實(shí)際上有許多元素和化合物的bcc結(jié)構(gòu)在一定溫度下聲子譜是不存在虛頻的，甚至熱力學(xué)穩(wěn)

4、定性也較hcp結(jié)構(gòu)要好。然而由于涉及到非簡諧項(xiàng)的貢獻(xiàn)，該矛盾長期以來沒有得到很好的處理。針對這個問題，P.souvtzis發(fā)明了自洽從頭分子動力學(xué)(SEAILD)，該方法通過在能量計(jì)算中引入非簡諧項(xiàng)，對許多材料的處理都收到了很好的修正效果。在本論文中，我們利用該方法處理了鈹?shù)南嘧儐栴}，得到了高溫下不存在虛頻的bcc聲子譜，在此基礎(chǔ)上我們引入了準(zhǔn)簡諧近似(QHA)并嘗試Wallace內(nèi)稟非簡諧修正，最終得到了與實(shí)驗(yàn)定性相符的結(jié)論。