ruc高压相变的第一性原理计算-外文翻译及原文毕业设计正文.doc

（此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！）本科毕业设计（论文）外文翻译译文学生姓名： 院 （系）： 材料科学与工程 专业班级： 材料1101 指导教师： 完成日期： 2015年3月1日 要 求1、外文翻译是毕业设计（论文）的主要内容之一，必须学生独立完成。2、外文翻译译文内容应与学生的专业或毕业设计（论文）内容相关，不得少于15000印刷符号。3.外文翻译译文用A4纸打印。文章标题用3号宋体，章节标题用4号宋体，正文用小4号宋体，20磅行距；页边距上、下、左、右均为2.5cm，左侧装订，装订线0.5cm。按中文翻译在上，外文原文在下的顺序装订。4、年月日等的填写，用阿拉伯数字书写，要符合关于出版物上数字用法的试行规定，如“2005年2月26日”。5、所有签名必须手写，不得打印。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：Jian 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RuC金字塔构造的I4mm结构的稳定性达26GPa ，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Pmn2结构，超过最大稳定区域0-80Gpa的压力也趋于稳定。这促进了人们对RuC 的Pmn2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Pmn2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，Pmn2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0a=4.602(4.545(a),4.566(b)24.367 Ru 4a (0, 0, 0) C4c (1/4, 1/4, 1/4) I4mm0a=2.854c =5.356 21.818Ru 2a (0, 0, 0) C 2a (0, 0, 0.628)10 a =2 .829 c =5 .279 21.818Ru 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) 20.531 Ru 1a (0, 0, 0)C 1 f (2/3, 1/3, 1/2) 30a=2.875c =2 .65220.531 使用分辨率为2 0.03 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。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。 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。 Pmn2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，Pmn2型的对称性会在优化期间发生变化。在OsC的Pmn2结构中10，每个Os原子与五个C原子相协调，形成扭曲的OsC金字塔。 在每个OsC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RuC金字塔(Ru-C键长为1.984和2.1134)形成，Pmn2结构转换成一个更高对称性的空间群为I4mm的四方结构(图 1(d)。图1 ：RuC的晶体结构，ZB型（a)，WC型(b)和I4mm结构(d)， OsC的Pmn2结构的结构变化为 I4mm(c)，大黑和蓝色的小圆球分别代表Ru（OS）和C原子 图2（a）列出了相对类似I4mm结构的ZB型和WC型结构的焓计算。一个观察明显显示，压力高于9.3Gpa时，成为I4mm结构比ZB型结构更加有利 ，I4mm结构稳定性达26GPa，高于这个压力，则被WC型结构取代。根据我们计算的焓的结果，RuC的ZB型I4mmWC型相序被发现，配位数依次从4到5再到6。为了查清RuC在三个阶段的结构稳定性，计算了声子色散和弹性常数，如图2和表2所示。在高压力下，因为没有发现想象中的结果，ZB型和I4mm结构的声子谱不显示。结果表明，在所有研究的压力下，ZB型和I4mm的结构都是动态和机械稳定的，而WC型结构只在它的压力范围内是稳定的。这一结果表明，新预测的I4mm相一旦在高压下合成，可以恢复到室温状态，具有潜在的应用。图2 ：最早提出ZB型和WC型结构相对我们预测I4mm结构作为压力的函数（a）（b）（d）计算RuC 的ZB型，I4mm和WC型结构在室温下的声子色散关系，红色的线代表的WC型结构在30GPa的声子谱(d)RuC的机械性能，如不可压缩性、弹性常数以及脆性是重要的潜在技术和工业应用。为了比较三个阶段的RuC的不可压缩性，体积的不可压缩性为a轴，c轴作为压力的函数，被绘制在图3中。研究发现，RuC的不可压缩性的顺序是WC型 I4mm ZB型，也可以从表2中列出它们的体积模量推断出，316GPa时为WC型结构，286GPa时为I4mm结构，242GPa 时为ZB型结构。根据计算出I4mm中最大的C，WC型中的C，同时还发现，I4mm和WC型相结构分别沿a轴和c轴具有最高的不可压缩性，（图3）。令人惊讶的是，我们发现RuC的不可压缩性仅比金刚石稍低（图3），表明RuC是一种超压缩材料。此外，在RuC的所有三个结构中，我们观察到具有非常高的B /G值（体积/剪切模量比）。结果表明，高或低的B / G值通常与延展性或脆性有关，分离延性和脆性的临界值达1.75 17，因此,我们得出结论,RuC是一种塑性材料。图3 ：计算RuC金刚石的体积不可压缩性（V/V0），插图显示沿a轴的不可压缩性（A / A0）和轴的（C/C0）有趣的是检查电子性质和力学性能之间的关系(例如，体积弹性模量)。我们关于能带结构的计算（图）表明，与ZB型相半导化相反，I4mm和WC型相是几个分散带穿过费米能级（EF）的金属。三个阶段的RuC的局部密度状态(DOS）对键属性的研究非常有意义。从图4可以看出,在所有三个阶段中，费米能级附近的Ru的d 轨道和 C 的p轨道有很强的杂化，强烈的杂化指出是共价键，并导致结合状态的分离。此外，电荷密度分布(图 5)清楚地揭示出三个阶段中Ru-C强大的定向共价键，这也解释了RuC的高体积弹性模量。图4 ：计算 RuC的ZB型(a)，I4mm(b)，WC (c) 型结构的能带结构和态密度（DOS状态/eV/f）能量为零的水平线是费米能级图5 ：RuC 的ZB型(a)， I4mm(b)和WC型结构(c)总电荷密度表2 ：计算RUC的ZB型，I4mm和WC型结构的弹性常数C（GPA），体积模量B（GPA）和剪切模量G（GPA）和BG比值结构类型C11 C33 C44C66 C12C13B G B/GZB型 330 81198242 74 3.27I4mm 516 427 6375212 182 286 85 3.36WC型 396 70076307 199 316 66 4.79结论 - 总之，除了先前提出的ZB型和WC型结构，我们又发现了的一种新的空间群为I4mm的结构，它的热力学稳定压力范围为9.326GPa。因此，RuC的ZB型I4mmWC型相图也因此被揭示。这个转变伴随着配位数由4至5然后至6的升高。直观地，这可能是在预期的压力下，显示出过渡重金属的强大连接性能。结果还表明，三个阶段的RuC，具有优良的机械性能，是重要的潜在技术和工业应用。我们的资金支持来自江苏省批准号为 BK20130223的自然科学基金,中国国家自然科学基金委批准号为11204111,江苏高等教育机构的PAPD和江苏师范大学批准号为11xlr41的博士生导师的研究项目。参考文献1 McMahon M. I. and Nelmes R. J., Chem. Soc. Rev., 35 (2006) 943.2 Dubrovinskaia N. A., Dubrovinsky L. S., Saxena S. K., Ahuja R. and Johansson B., J. Alloys Compd., 289 (1999) 24. 3 Chang R. and Graham L. J., J. Appl. Phys., 37 (2004) 3778. 4 Lee M. and Gilmore R. S., J. Mater. Sci., 17 (1982) 2657. 5 Ono S., Kikegawa T. and Ohishi Y., Solid State Commun., 133 (2005) 55.6 Kempter C. P. and Nadler M. R., J. Chem. Phys., 33 (1960) 1580.7 Kempter C. P., J. Chem. Phys., 41 (1964) 1515.8 Zhao Z., Wang M., Cui L., He J., Yu D. and Tian Y., J. Phys. Chem. C, 114 (2010) 9961. 9 Zhao E., Wang J. and Wu Z., J. Comput. Chem., 31 (2010) 2883. 10 Li Y., Yue J., Liu X., Ma Y., Cui T. and Zou G., Phys. Lett. A, 374 (2010) 1880.11 Perdew J. P., Burke K. and Ernzerhof M., Phys. Rev. Lett., 77 (1996) 3865. 12 Kresse G. and Furthmuller J., Phys. Rev. B, 54 (1996) 11169. 13 Blochl P. E., Phys. Rev. B, 50 (1994) 17953.14 Le Page Y. and Saxe P., Phys. Rev. B, 65 (2002) 104104. 15 Togo A., Oba F. and Tanaka I., Phys. Rev. B, 78 (2008) 134106.16 Frank W., Elsasser C. and Fahnle M., Phys. Rev. Lett., 74 (1995) 1791.17 Pugh S. F., Philos. Mag., 45 (1954) 823.指导教师意见：指导教师签字：年 月 日系(教研室)意见：主任签字：年 月 日注：此表单独作为一页。项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，单片机论文，毕业设计，毕业论文，优秀毕业论文，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，单片机论文，毕业设计，毕业论文，单片机设计，硕士论文本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！单片机论文，毕业设计，毕业论文，单片机设计，硕士论文，研究生论文，单片机研究论文，单片机设计论文，优秀毕业论文，毕业论文设计，毕业过关论文，毕业设计，毕业设计说明，毕业论文，单片机论文，基于单片机论文，毕业论文终稿，毕业论文初稿，本文档支持完整下载，支持任意编辑！本文档全网独一无二，放心使用，下载这篇文档，定会成功！项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，毕业论文，单片机论文，基于单片机论文，毕业论文终稿，毕业论文初稿本文档支持完整下载，支持任意编辑！项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！单片机论文，毕业设计，毕业论文，单片机设计，硕士论文，研究生论文，单片机研究论文，单片机设计论文，优秀毕业论文，毕业论文设计，毕业过关论文，毕业设计，毕业设计说明，毕业论文，单片机论文，基于单片机论文，毕业论文终稿，毕业论文初稿，本文档支持完整下载，支持任意编辑！本文档全网独一无二，放心使用，下载这篇文档，定会成功！项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！单片机论文，毕业设计，毕业论文，单片机设计，硕士论文，研究生论文，单片机研究论文，单片机设计论文，优秀毕业论文，毕业论文设计，毕业过关论文，毕业设计，毕业设计说明，毕业论文，单片机论文，基于单片机论文，毕业论文终稿，毕业论文初稿，本文档支持完整下载，支持任意编辑！本文档全网独一无二，放心使用，下载这篇文档，定会成功！