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典型碱金属卤化物高压相变的第一性原理研究

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基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了NaCl、KCl和KBr晶体在不同压力下相Ⅰ和相Ⅱ构型的几何、电子和力学性质,探讨了这些性质与相变点之间的关系,利用吉布斯自由能法对NaCl、KCl与KBr晶体的相变点进行判断.结果显示,对于NaCl的相Ⅰ结构,在0~30 GPa压力范围内,随着压力的升高,带隙不断增大;在 30~50 GPa压力范围内,带隙随着压力的升高而下降,30 GPa正位于NaCl相Ⅰ结构的相变点.这表明根据电子结构判断金属卤化物在压力作用下的相变点具有一定的可行性.由高压下的晶体结构、声子谱以及力学稳定性无法对碱金属卤化物的相变点进行判断.通过吉布斯自由能法计算出了NaCl、KCl和KBr的相变点,分别为 22.26、3.47 和 3.11 GPa.
First-Principles Investigation of the High-Pressure Phase Transition in Representative Alkali Metal Halides
Utilizing first-principles calculations based on density functional theory,this study investigates the geometric,electronic,and mechanical properties of NaCl,KCl,and KBr crystals in phaseⅠand phaseⅡstructures under varying pressures.The relationships between these properties and the phase transition points are explored.Additionally,the Gibbs free energy method was employed to judge the phase transition points of NaCl,KCl,and KBr crystals.The results show that in the phaseⅠstructure of NaCl,the band gap value increases with pressure from 0 to 30 GPa.However,in the range of 30-50 GPa,the band gap value decreases,indicating that 30 GPa is the phase transition point for NaCl phaseⅠ.This suggests that pressure-induced changes in electronic structure can be indicative of metal halide phase transition points to some extent.However,pressure-induced alterations in crystal structure,phonon spectrum,and mechanical stability cannot reliably indicate alkali metal halide phase transition points.Furthermore,the phase transition points for NaCl,KCl and KBr calculated by Gibbs free energy method are 22.26,3.47 and 3.11 GPa,respectively.

alkali halidephase transitionfirst-principleshigh pressureband gapGibbs free energy

刘雨诗、章龙、李文广、刘其军、刘正堂、刘福生

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西南交通大学物理科学与技术学院,四川 成都 610031

西北工业大学凝固技术国家重点实验室,陕西 西安 710072

碱金属卤化物 相变 第一性原理 高压 带隙 吉布斯自由能

2025

高压物理学报
中国物理学会 高压物理专业委员会 四川省物理学会

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北大核心
影响因子:0.276
ISSN:1000-5773
年,卷(期):2025.39(2)