RuC高压相变的第一性原理计算外文翻译及原文

1、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、

2、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 phasetransformations 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：I0P, 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

3、为空间群为14mm的四面体结构。通过RuC5 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 。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

4、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。 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。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。随后，赵等人研究了

5、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 Osd10，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Pmn2r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，Pmn2j结构会自动转换到I4mm四面体结构，最终稳定在9.3Gpa至

6、26 GPa之间。因此在压力作用下，RuC的ZB型-I4mm WC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14mm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)24.367Ru 4a (0, 0, 0),4.566(b)C 4c (1/4, 1/4, 1/4)I4mm0a=2.85421.818Ru 2a (

7、0, 0, 0)c =5.356C 2a (0, 0, 0.628)10a =2 .82921.818Ru 2a (0, 0, 0)c =5 .279C 2a (0, 0, 0.626)WC型0a=2.963(2.908(c)20.531Ru 1a (0, 0, 0),2.921(a)C 1 f (2/3, 1/3, 1/2)c=2.701(2.822(c),2.672(a)30a=2.87520.531c =2 .652使用分辨率为2 n x 003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2nX 0.02 -1更密的网格，通过应力应变方法计

8、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 XX3超晶胞(27RuC式的单元)。结果和讨论 一经过充分几何优化，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1.98A。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2.179A。在表1中，B型和WC型相结构参数与

9、现有的实验数据6 以及早期的理论结果比较8创，在2%的区间内发现一个很好的结论。卩口门21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1.984A和2.113A X4)形成,Pmn21结构转换成一个更高对称性的空

10、间群为14mm的四方结构(图1(d)图1 : RuC的晶体结构，ZB型(a), WC型(b)和14mm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，14mm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

11、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。30Pressure (GPa)Mrfl (b2i II IIII II I IHI I III VI图2 :最早提出ZB型和WC型结构相对我们预测14mm结构作为压力的函数（a） （b） （d）-计算RuC的ZB型，14mm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

12、）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 14mm 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Cn，WC型 中的C33，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

13、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。102()3D4050Pressure (G卩疥 ZB-type ViC-typc 一 T4mnnDianmnd ZB nyc -H-WC-(ypcI4irnma UiruYiznd1020304050Pressure (GPa)D.85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 c轴的（C/C0）有

14、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4）表明，与 ZB型相半导化相反，14mm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。% ag(X05 0.40.81.21.6 2.02,43.2图4 :计算RuC的ZB型，I4mm

15、（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w i. r x w k IH z xp n rr a h k r m ui J用-U5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 Cij (GPA),体积模量 B(GPA)和剪切模量 G( GPA)和 B/G比值结构类型C11C33C44C66C12C13BGB/GZB型33081198242743.2714mm516427637521218228685 13.36 1WC型39670076307199

16、316664.79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14mm的结构，它的热力学稳定压力范围为9.3 26GPa。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

17、目。参考文献1 McMahon M. I. and Nelmes R. J., Chem. Soc. Rev., 35 (2006) 943.2 Dubro vin skaia N. A., Dubro vin sky L. S., Saxe na S. K., Ahuja R. and Joha nsson B., J. Alloys Compd., 289 (1999) 24.3 Cha ng R. and Graham L. J., J. Appl. Phys., 37 (2004) 3778.4 Lee M. and Gilmore R. S., J. Mater. Sci., 17

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