高压下钒的结构相变的第一性原理计算研究学位论文
扬州大学
硕士学位论文
高压下钒的结构相变的第一性原理计算研究
姓名：刘海平
申请学位级别：硕士
专业：凝聚态物理
指导教师：曾祥华
20080501
刘海平：高压下钒的结构相变的第一性原理计算研究
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刘海平：高压下钒的结构相变的第一性原理计算研究
摘要
同一种物质有着不同的晶体结构，不同的晶体结构对其作为材料的性能有很大的影响，所以结构相变及其相变机制的研究对于许多领域如材料科学，地球科
学，化学物理科学是非常重要的。结构相变及其相变机制的研究是最近实验和理
论研究的热点，如对相变材料和，固态氧，磁电材料，低
维的离子晶体的结构相变研究以及对锕类金属钚结构相变机制的研究等。
过渡金属钒由于有较高的超导转变温度疋，最近成为实验和理论研究的主题,
对钒在高压下的结构相变研究文献中存在分歧。本文运用基于密度泛函理论的第
一性原理计算研究了钒在高压下的结构相变，结构相变序列为体心立方结构.菱面
体结构.体心立方结构，相变压强分别为和。具体做了以下的工作:
、对钒的基态几何结构进行了优化，常压下钒为体心立方结构，优化得
到的平衡晶格常数、体模量与实验理论符合较好。给出了约化体积随着压强变化
的关系图，随着压强的增大，约化体积是逐渐减小的，减小的程度随压强的增大
而变小，这些和实验上的结果定性符合的很好。
、计算研究了体心立方结构的钒在高压下发生什么结构相变。通过对体心立
方结构的钒在不同压强下剪切弹性系数。的计算，发现当压强约时剪切弹性系数小于，说明体心立方结构的钒在此条件下是不稳定的。通过计算后发现钒
在高压下不会发生体心立方到简立方的结构相变，而是发生体心立方到菱面体的
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结构相变，相变压强约为，与实验得到的结果符合较好...,
。当压强约为时，将会发生菱面体到体心立方结构的相变，这提供
了一个理论性的预言有待实验的进一步检验。
、分析了钒在高压下发生体心立方到菱面体的结构相变原因。主要是由于费米面在第三能带的带内嵌套，另外,?电子跃迁和带的一扭曲也是
该结构相变原因。不同压强下钒的,，壳层电子占据数计算表明，高压导致的,.电子跃迁使费米能级移到电子稳定范围之外，从而使体心立方结构的钒不稳
定。本文首次给出钒的菱面体结构在高压下的能带结构，结果表明发生了带的
一效应即原来三重简并的:,’发生分裂并导致总能减少。当压强增大到
时，一个分裂的能级移到费米能级以下导致费米能级处的态密度减少，这
可能对在时钒的超导转变温度疋反常研究给出了重要信息。
结构相变
关键词：密度泛函理论第一性原理高压剪切弹性系数
刘海平：高压下钒的结构相变的第一性原理计算研究
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