材料科学与工程外文翻译--RuC高压相变的第一性原理计算（译文）

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1、PDF外文：http:/ 中文 2935 字  出处： Hao J, Tang X, Li W, et al. First-principle calculations of high-pressure phase transformations in RuCJ. Epl, 2014, 105(4):107-110.   本科毕业设计（论文）外文翻译译文             学生姓名 ：                  

2、                  院  （系）：       材料科学与工程              专业班级 ：          材料 1101                指导教师 ：           &

3、nbsp;                      完成日期 ：       2015 年 3 月 1 日                     RuC 高压相变的第一性原理计算  First-principle calculations of high-pressure phase transformations in RuC 作者： Jia

4、n Hao, Xiao Tang, Wenjing Li, Yinwei Li 起止页码： 46004-p1p5 出版日期（期刊号）： EPL, 105 (2014) 46004,2014 年 2 月 27 日  出版单位： IOP, EPL (Europhysics Letters)  摘要  - 使用第一原理 计算在高压下 RuC 的结构稳定性。结果表明， 在 9.3GPa 的 压力下， RuC 从 ZB 型（ 闪锌矿型 ）结构转变为空间群 为 I4mm 的 四面体结构  。通过 RuC5金字塔构造的 I4mm 结构 的 稳定 性 达 26GPa ，

5、 在更高压力下，则更有利成为 WC 型结构 。 观察到伴 随 ZB 型 I4mm WC 型的相序 ， 配位数增加 从 4至 5，然后 至 6 。 能带结构的计算表明，  ZB 型 相 是半导体，而 I4mm 和 WC 型 相 是金属。此外，  对所有 三个 阶段的 RuC 的 机械特性进行了讨论。  简介  - 经压缩，由于原子间相互作用的变化和电子密度的再分配 ， 化合物通常 经历若干次 相变。结构 的 变化 也因此 可以 引起 物理性质的剧烈变化 1。如果 转 变是不可逆的，新相 可以恢复到 室温状态 。因此，压缩一直是一 种有效 的方式来合成新型功

6、能材料。一个典型的例子是人造金刚石，这是 经历 高压和高温后合成 的 一 种室温下为 亚稳相 的材料 。  近年 来 ， 过渡金属碳化物 (钛基复合材料 )由于其显著的物理特性 被 广泛关注 ， 如高刚度、高硬度、高导热性和高熔点。大多数 合成的钛基复合材料 被视 为硬 /超硬材料 ，因为他们表现出非常高的体积弹性模量 ， 如 TiC(242GPa)2， ZrC(223GPa)3， WC(439 GPa)4和 PtC(303 GPa)5。  RuC， 大约五十年前合成 6， 7， 被认为是硬金属碳化物 6。基于它 极其 微 弱的 X 射线衍射数据 ， RuC 被近似假设为

7、六 方 WC 型 结构 6。 最近 ， 通过计算 特定的 10个典型的 AB 型 结构的总能量 ， 由田等 人提出， 立 方 ZB 型（ 闪锌矿型 )结构 为 RuC 的 基态结构 8。  随后 ， 赵等人研究了 在压力下 RuC 的结构稳定性 ，预测在 20Gpa 时，从 ZB 型转变为 WC 型的一次相转变 9。  这些 工作 非常重要 ， 因为这些新结构的发现将 极大 地推进 了 我们对 RuC 的物理性质的理解。  鉴于我们最近 用 第一原理计算的 OsC10， 发现 了 一 种 斜方晶系的 Pmn21 结构 ，超过最大稳定区域 0-80Gpa 的压力也趋

8、于稳定 。这 促进了人们对 RuC 的 Pmn21 结构 的研究，这是 对 OsC 的化学模拟。在这里 ， 我们 列 出了一个详细的 关于 RuC 的 ZB 型， WC 型和 Pmn21 结构 在总能量、 电子和弹性 方面 理 的 论研究 。 有趣的是 ， 我们发现 在 优化 期间的任意压力下， Pmn21 结构 会 自动转换到 I4mm 四面体结构 ，最终 稳定在 9.3Gpa 至26 GPa 之间 。因此 在压力作用下， RuC 的 ZB 型 I4mmWC 型的相序 被发现 。  计算方法  - 利用密度泛函理论 （ DGT） 中的广义梯度近似 （ GGA） ， 进行从

9、头结构松弛 11,在  Vienna 从头仿真包中实现 （  VASP ） 12。采 用 全电子投影缀加波（  PAW ）  13法 ， 平面波的动能截止 520eV。    表 1  ： RuC 的 ZB 型 ， WC 型和 I4mm 结构 在选定压力下的 结构参数  结构类型  压力（ G pa）  晶格参数 (A) 体积  原子坐标  ZB 型  0 a=4.602(4.545(a),4.566(b) 24.367  Ru 4a (0, 0, 0)

10、  C 4c (1/4, 1/4, 1/4)  I4mm 0 a=2.854  c =5.356   21.818 Ru 2a (0, 0, 0)  C 2a (0, 0, 0.628) 10  a =2 .829  c =5 .279  21.818 Ru 2a (0, 0, 0) C 2a (0, 0, 0.626)  WC 型  0      a=2.963(2.908(c),2.921(a)  c=2.701(2.822(c),2.672(a) &

11、nbsp;20.531  Ru 1a (0, 0, 0) C 1 f (2/3, 1/3, 1/2)  30 a=2.875 c =2 .652 20.531    使用分辨率 为 2 0.03。A 1-  的 Monkhorst 包布里渊区采样网 格 ，导致总能量的收敛比 1兆电子伏 /原子更好  。采用 密度比 20.02。A 1- 更密的 网格 ，通过 应力应变方法计算了弹性常数  14。 声子色散曲线使用 phonopy 程序计算  15，这是一个基于超 晶 胞方法计算声子的开源软件包 16。 这种方法通过

12、 VASP 代码优化超晶胞 ， 使用费曼  - 海尔曼定理计算获得的 能 量。 在 所有三个阶段我们 都 使用 3 33超晶胞（ 27RuC 式的单元）。  结果和讨论  经过充分几何优化， ZB 型和 WC 型结构保持其最初的对称性，如图 1。在 ZB 型结构中，每个的 Ru（  C） 原子键合有 4 个 C（  Ru）原子 ，常压下 Ru- C 键的长度 是 1.98 。A 。 在 WC 型结构中，每个 Ru（  C）原子被六个 C（  Ru）原子包围 ，常压 下 有 相对较长的 Ru- C 键 ， 长度 为 2.179

13、。A 。  在表 1中， B 型和 WC 型相结构参数与现有的实验数据 6 以 及 早期的理论结果比较 8， 9， 在 2%的区间 内发现 一个很好的 结论 。   Pmn21 型 RuC 的结构 参数和原子位置 子在特定 压力 下 也完全优化 。 然而 ， 我们惊 奇 地发现 ， Pmn21 型 的对称 性会 在优化 期间发生 变化。 在 OsC 的 Pmn21 结构 中 10， 每个Os 原子 与 五个 C 原子 相 协调 ， 形成扭曲的 OsC5金字塔。  在每个 OsC5金字塔 中， 四个底部 Os-C 键 可以分为两种 键 长度略有不同 的 类型 ， 如 图 1所示 。 在研究的所有压力中， 一旦 Os 原子 被 Ru 原子取代 ， 四个底部 的 Ru-C 键 在优化时 会 自动 变 为平等。 因此 ,标准 的 RuC5金字塔 (Ru-C 键 长 为 1.984。A 和 2.113。A 4)形成 ， Pmn21 结构转换 成 一