1。介绍gydF4y2Ba
在最近的过去,研究压力对结构的影响阶段转换和从第一原理计算材料的特点吸引了太多的关注,因为他们有机会深入了解固态的本质理论(gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba),并协助确定基本参数值为工业应用(gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba]。例如,结构、电气和光学性质的集团III-V半导体化合物已经被广泛的研究(gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba
5gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
大多数元素进行结构相变压力诱导(gydF4y2Ba
6gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba
9gydF4y2Ba]。当材料受到挤压的力量,它的电子能带结构的变化(gydF4y2Ba
10gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
11gydF4y2Ba]这进一步导致其结构特性的变化(gydF4y2Ba
10gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
12gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba
14gydF4y2Ba]。这往往导致第一low-symmetry的形成复杂的结构,然后在更高的压力转变成high-symmetry拥挤不堪的结构(gydF4y2Ba
6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
8gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
13gydF4y2Ba]。此外,成键电子的离域压力减少元素的化学性质之间的差异和他们的晶体结构gydF4y2Ba
15gydF4y2Ba]。结果,发现了许多新元素的同素异形体(gydF4y2Ba
16gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
硫属化合物结构研究高压下多达52个绩点进行了实验,采用x射线衍射法(gydF4y2Ba
9gydF4y2Ba]。例如,中科院、案例和凯特碱土硫属化合物进行结构相变的压力40 GPa, 38 GPa,分别为33 GPa (gydF4y2Ba
9gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
14gydF4y2Ba]。在压力下结晶材料的研究在材料物理给了非常重要和有用的材料特性(gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
9gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
10gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
12gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
13gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
17gydF4y2Ba]。对材料高压导致减少原子间距离进而影响晶体结构和电子轨道(gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
18gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba
23gydF4y2Ba]。同样,高压可能导致新材料具有不同特性的形成从最初的材料(gydF4y2Ba
24gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
硫族化物眼镜是基于硒、碲和添加其他元素,如砷、锑、锗,镓,钾(gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
25gydF4y2Ba]。他们是众所周知的优势,比如透光率范围宽(1 - 12gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba米)(gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba)、低不仅内在损失中(gydF4y2Ba
26gydF4y2Ba),低声子能量(gydF4y2Ba
27gydF4y2Ba),和缺乏自由载流子效应(gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
28gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba
30.gydF4y2Ba]。KPSegydF4y2Ba6gydF4y2Ba作为一个硫族化物吸引了太多的利益,因为它有前途的能力在薄膜等技术应用,光纤(gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
25gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
27gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
30.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
31日gydF4y2Ba]。KPSegydF4y2Ba6gydF4y2Ba结晶在极地斜方晶系的空间群Pca2gydF4y2Ba1gydF4y2Ba(gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
26gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
32gydF4y2Ba]。这种化合物是直接带隙的半导体在零压力1.883 eV (gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
26gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
31日gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
33gydF4y2Ba]。我们旨在调查KPSe的行为gydF4y2Ba6gydF4y2Ba在非常高的压力下。gydF4y2Ba
我们按照以下顺序安排摘要:我们解释计算的细节部分gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba,部分gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba讨论结果,和结论部分gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
2。计算的细节gydF4y2Ba
这项研究是通过使用密度泛函理论(DFT) [gydF4y2Ba
34gydF4y2Ba]运用exchange-correlation功能,Perdew-Burke-Ernzerhof的广义梯度近似(gydF4y2Ba
34gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba
36gydF4y2Ba)基于平面波自洽场理论(PWscf)和Ultrasoft伪势(USPP)方法。压力增加实施如下:从放松单元电池,我们修改了输入文件,我们改变了“计算”类型从“现金流量表”到“vc-relax”,然后引入了两个新的领域;第一部分叫做“离子”,而第二个被称为“细胞。“在第一段,离子动力学将潮湿的在第二段,我们进入目标压力(千巴),我们想要我们的细胞(gydF4y2Ba
35gydF4y2Ba]。被用来计算获得的新的原子位置的电子结构性质KPSegydF4y2Ba6gydF4y2Ba在这种压力。从头开始计算实现量子模拟咖啡包中(gydF4y2Ba
36gydF4y2Ba),从量子咖啡数据库和伪势。对于伪势,价电子是K 2 s, P 2 P, 2 P Se。价波函数扩展在平面波的基础上设置截断25 Ry的动能(340 eV)。在环境条件,KPSegydF4y2Ba6gydF4y2Ba结晶在极地斜方晶系的空间群Pca2gydF4y2Ba1gydF4y2Ba(gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
26gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
32gydF4y2Ba]。有三个种类的原子结构为钾K,磷P,和硒。硫族化物复合KPSe的原始细胞单位gydF4y2Ba6gydF4y2Ba共有32个原子:4钾原子,4个磷原子,和24硒原子。图gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba显示了优化KPSe的晶体结构gydF4y2Ba6gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
优化KPSe的晶体结构gydF4y2Ba6gydF4y2Ba在零压力,认为使用水晶和分子结构可视化程序(XCrySDen)。获得的晶体结构是斜方晶系的,在与一般晶体结构良好的协议gydF4y2Ba
32gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
3所示。结果与讨论gydF4y2Ba
3.1。结构优化gydF4y2Ba
在本节中,我们报告的图形表示优化晶格参数和动能为硫族化物化合物KPSe截止(ecut)gydF4y2Ba6gydF4y2Ba。以下图的图表gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba代表如何优化晶格参数。图代表的基态能量的最小值对应的准确的参数用于计算。gydF4y2Ba
(a)一个收敛曲线细胞尺寸为13.0∼波尔,(b)细胞尺寸的优化值两个1.6∼波尔,和(c)细胞三维优化值是1.8∼波尔。这些优化值被用于后续的计算。gydF4y2Ba
极化子计算优化的动能截止(ecut)进行,图是绘制如图gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba。动能截止优化值∼25。这是用于其余的计算值。gydF4y2Ba
一个代表性的收敛曲线总能量与动能截止。优化能源截止最小值是∼25 Ry如图所示。gydF4y2Ba
3.2。电子结构性质gydF4y2Ba
能带结构的计算,局部态密度,复合KPSe的态密度gydF4y2Ba6gydF4y2Ba在这里报告。为了确定带结构属性,我们使用以下高对称点Γ(0,0,0),gydF4y2Ba
XgydF4y2Ba(1/2,0,0),gydF4y2Ba
YgydF4y2Ba1/2 (0,0),gydF4y2Ba
ZgydF4y2Ba(0,0,1/2),gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba(0,1/2,1/2),gydF4y2Ba
UgydF4y2Ba(1/2,0,1/2),gydF4y2Ba
年代gydF4y2Ba(1/2,1/2,0)gydF4y2Ba
RgydF4y2Ba(1/2,1/2,1/2)gydF4y2Ba
16gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
37gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
38gydF4y2Ba]。的直接带隙1.7∼eV得到零压力和T-symmetry周围形成的差距。这与实验结果是一致的值为1.883 eV (gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
26gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
37gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
39gydF4y2Ba),是在误差棒范围内gydF4y2Ba
37gydF4y2Ba]。低估是由于被占领的国家相比,在能量较低的空置状态(gydF4y2Ba
39gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
40gydF4y2Ba]。乐队和曲线为这种化合物的态密度图gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
(一)电子能带结构和态密度。能带结构和态密度非常接近相似如上图所示。(b)曲线代表的偏态密度以及每个原子导致帷幔乐队或传导带。它可以指出,Se 2 (p)国家作出更大贡献的价带和硒钾相比,而p 2 (p)州传导带作出更大贡献。gydF4y2Ba
3.3。Pressure-Induced相变gydF4y2Ba
它建立的能带隙材料取决于磁场,温度和压力(gydF4y2Ba
39gydF4y2Ba]。我们检查压力如何影响能带。根据Gulyamov [gydF4y2Ba
17gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
23gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
39gydF4y2Ba),是由带隙压力关系gydF4y2Ba
(1)gydF4y2Ba
EgydF4y2Ba
ggydF4y2Ba
PgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
EgydF4y2Ba
ggydF4y2Ba
0gydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
βgydF4y2Ba
PgydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
在哪里gydF4y2Ba
βgydF4y2Ba代表了压力系数定义的转变在价带和导带的位置与压力的变化(gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
18gydF4y2Ba]。费米能级的压力依赖性是由(gydF4y2Ba
39gydF4y2Ba]gydF4y2Ba
(2)gydF4y2Ba
EgydF4y2Ba
FgydF4y2Ba
PgydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
EgydF4y2Ba
ggydF4y2Ba
PgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba
KgydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
lngydF4y2Ba
米gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba
米gydF4y2Ba
egydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
在哪里gydF4y2Ba
EgydF4y2BaFgydF4y2Ba代表了费米能级,gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba绝对温度,gydF4y2Ba
EgydF4y2Ba
ggydF4y2Ba
给出了能隙,gydF4y2Ba
米gydF4y2Ba
egydF4y2Ba
∗gydF4y2Ba
是一个电子的质量,gydF4y2Ba
米gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba
∗gydF4y2Ba
孔的质量。图表显示了费米能级和压力之间的关系,如图gydF4y2Ba
5gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
诱导压力依赖性的费米能级。有持续增加的费米能级与增加压力,提供了结构没有发生了畸变(gydF4y2Ba
6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
41gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
诱导压力,载流子的密度的增加从而提高了可用性的电子导电性负责(gydF4y2Ba
17gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
42gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
43gydF4y2Ba]。我们引入了更大的压力,有一个重叠的价带和导带归因于扩大带宽的2 s和2 p原子轨道(gydF4y2Ba
20.gydF4y2Ba]。这是因为与邻近原子的强相互作用,创造更广泛的乐队比能源缺口,因此主张电子到导带(gydF4y2Ba
41gydF4y2Ba]。从半导体相变金属被发现出现在∼45 GPa。因此,这是一个迹象表明,压力会导致半导体金属过渡(gydF4y2Ba
42gydF4y2Ba]。能带结构和密度的变化状态在不同压力与费米能级是用图来描述gydF4y2Ba
6gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
与压力有关的计算能带结构和态密度复合KPSegydF4y2Ba6gydF4y2Ba(一)20 GPa, (b) 30 GPa, (c) 40 GPa, (d) 45 GPa。带隙是∼20 GPa 1.18 eV (a), 1.05∼eV 30 GPa (b), 0.50∼eV 40 GPa (c),在45 GPa (d)和0.00 eV。gydF4y2Ba
带隙的变化对压力的计算也绘制如图gydF4y2Ba
7gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
计算带隙的情节和硫族化物化合物KPSe的压力gydF4y2Ba6gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
晶体结构是稳定的,而不是在高压扭曲;这表明,该材料能承受高压缩部队,因此可用于各种高压工业应用。的晶体结构在不同压力如图gydF4y2Ba
8gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
晶体结构对KPSegydF4y2Ba6gydF4y2Ba在压力(a) 0 GPa, (b) 20 GPa, (c) 30 GPa, (d) 40 GPa, (e) 45 GPa,和50 GPa (f),分别查看使用晶体和分子结构可视化程序(XCrySDen)。晶体结构仍然不失真随着压力的增加。这意味着结构保持稳定,没有结构相变。gydF4y2Ba
键长和键角也研究了在不同压力间隔使用晶体和分子结构可视化程序(XCrySDen)。是观察到债券的长度减少更多的压力诱导而键角减少,然后从40增加GPa如表所示gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba和图gydF4y2Ba
9gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
显示了一个结构分析KPSe6的键长和键角在不同压力间隔。gydF4y2Ba
KPSe6结构分析gydF4y2Ba |
压力(GPa)gydF4y2Ba |
键长(A)gydF4y2Ba |
键角(°)gydF4y2Ba |
K-SegydF4y2Ba |
P-SegydF4y2Ba |
瑟瑟gydF4y2Ba |
K-Se-PgydF4y2Ba |
0gydF4y2Ba |
2.8002gydF4y2Ba |
1.9284gydF4y2Ba |
1.9703gydF4y2Ba |
83.030gydF4y2Ba |
20.gydF4y2Ba |
2.8460gydF4y2Ba |
2.1322gydF4y2Ba |
2.2821gydF4y2Ba |
85.293gydF4y2Ba |
30.gydF4y2Ba |
2.7130gydF4y2Ba |
2.0643gydF4y2Ba |
2.2234gydF4y2Ba |
84.275gydF4y2Ba |
40gydF4y2Ba |
2.6131gydF4y2Ba |
2.0090gydF4y2Ba |
2.1729gydF4y2Ba |
83.822gydF4y2Ba |
45gydF4y2Ba |
2.5707gydF4y2Ba |
1.9858gydF4y2Ba |
2.1526gydF4y2Ba |
84.094gydF4y2Ba |
50gydF4y2Ba |
2.5317gydF4y2Ba |
1.9627gydF4y2Ba |
2.1290gydF4y2Ba |
84.285gydF4y2Ba |
阴谋的压力与债券长度的原子。绿色曲线显示了钾之间的键长变化和硒在蓝色曲线为phosphorous-selenium债券的长度,和栗色的曲线显示了一个硒原子之间的键长变化和另一个硒原子。这是观察到的键长增加20 GPa后减少压力的进一步应用。gydF4y2Ba
支持材料的稳定性与压力有关的研究KPSe的带隙结构gydF4y2Ba6gydF4y2Ba就其焓、体积和密度数据的计算和分析gydF4y2Ba
10 ()gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba
10 (c)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
(一)研究压力对材料的焓的影响。压力和焓的化合物被发现是成正比的。(b)。一块晶体的体积与压力。成反比关系得到如上所示。(c),一块计算化合物的密度和压力。随着越来越多的被引入系统的压力,KPSe的密度gydF4y2Ba6gydF4y2Ba也增加了。这意味着稳定的硫族化物复合KPSegydF4y2Ba6gydF4y2Ba随着压力的增加改善(gydF4y2Ba
17gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba