典型AB化合物高压相变机理及相变可控性的理论研究

本课题拟采用第一性原理方法及分子动力学模拟，结合群论分析，通过无任何自由度和对称性约束的结构优化，研究四类典型AB化合物的高压相变（B3-B1、B4-B1、B3-B8和B4-B8）机理，在原子尺度上阐明结构的转变过程，分析伴随结构转变所出现的电子结构、力学性能、声子性质的变化。建立热力学焓与可控结构参数之间的对应关系，对于不同相变路径，分别构建出不同结构参数下焓的二维与三维等值线图，确定不同压力下具有最小势垒的转变路径，探索过压、晶体缺陷对相变路径的影响以及利用过压和特殊加压模式产生新相变的可能性。依据相变机理，在理论上找到操控四类典型相变的方法并对其进行优化，从而为将来通过实验手段实现对相变的操控并且合成具有特殊性能的亚稳结构提供理论依据。

本课题利用第一性原理方法及分子动力学模拟，结合群论分析，通过无任何自由度和对称性约束的结构优化，研究四类典型AB化合物的高压相变（B3-B1、B4-B1、B3-B8和B4-B8）机理。在原子尺度上提出了一种新的转变路径（ 角变形路径）用于表征维纤锌矿--盐岩转变，建立了热力学焓与结构参数之间二维与三维等值线图，确定了平衡转变压力下具有最小势垒的转变路径和相变势垒的大小，并分析了 角变形路径与正交变形路径之间的相同与差异。探索了过压下的InN可能出现的新相变，发现了一种新的R3m高压InN相，到目前为止，所有AB二元化合物的典型相变机理在项目实施及前期预研中已经调查清楚。依据相变机理，我们通过理论计算试图找到操控四类典型相变的方法，然而目前并没有取得可喜的成果，主要原因是存在多个相变可控参数，这些参数之间相互关联，而且随压力变化。在项目研究的后期，课题组进一步拓展相关工作，研究了单个二元分子在受到较大应力和变形时的结构及电子结构变化。由于对单个分子施加应力是极其困难的，实验上很难实现，我们利用分子与表面的化学键合及两者结构上的不匹配来实现应力的施加，从而造成分子结构的明显变化。我们选取了碳氮二元化合物C6N4分子进行了相关研究，表面选择了Si(001)-(2x1)重构表面，以满足C6N4与表面存在明显的结构不匹配性。研究结果表明四个N原子与表面Si原子发生了化学键合，在高应力条件下C6N4分子结构发生了明显的弯曲。值得注意的是在最大单层覆盖率条件下，C6N4在表面施加的应力作用下，C=C双键被拉断，整个C6N4分子一分为二。我们的研究结果表明，通过分子与表面化学键合可能改变分子的结构，相关研究可以作为将来表面物理的一个重要研究方向。