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第 22卷 第1期 高 压 物 理 学 报 Vo1．22，No．1 2008年3月 CHINESE JOURNAI OF HIGH PRESSURE PHYSICS Mar．，2008 文章编号：1000—5773(2008)01—0053—04 Mo高压熔化的分子动力学模拟 张弓木，刘海风，段素青 (北京应用物理与计算数学研究所，北京 100088) 摘要：采用第一原理方法计算了钼在零温下的结构，表明钼在500 GPa以下一直保持bee 结构(常温)，与实验一致。在零压附近计算了E-V关系，利用Murnaghan物态方程拟合得到 了零压体积及其模量，与实验结果符合得很好。采用第一原理分子动力学模拟了钼的高压熔 化性质。采用N 丁系综计算了128个原子的系统，初始构形为bcc结构，体积分别为 0．015 48、0．012 19、0．010 98、0．009 84、0．009 i0 nm。／atom，计算了几个温度点，拟合得到了熔 化曲线，熔化温度明显高于金刚石压砧(DAC)实验结果；将初始构形改变为fcc结构，模拟其 熔化特性，得到的熔化温度明显下降，与激光加载DAC实验结果一致，认为可能的原因是钼 熔化后形成的液体结构类似于fcc结构，而不是常态时的bee结构。 关键词：第一原理；分子动力学；高压熔化；钼 中图分类号：0521．2 文献标识码：A 1 引 言 基础科学(如材料的基本物性研究)与应用科学(如地球物理与星际物理)研究中的许多重要问题都 涉及到高温高压下物质熔化的性质。过渡金属由于其特殊的电子结构(如部分填充的d、f壳层、变价 等)而呈现出复杂的物理特性。最近的实验和理论[1 分别指出，由于未充满d电子的效应，使得钼、钨、 钽、镍等过渡金属的高压熔化曲线斜率(d丁m／dp)明显小于铝、铜等金属，而且钒、钼等金属的冲击熔化 实验数据和激光加热金刚石压砧(DAC)实验得到的数据差距很大凹]，理论计算也与DAC实验相差较 远[4]。实验上，Hixons等人[5]认为，钼在高压冲击下，在210 GPa压强和4 i00 K温度时发生固一固相 变，在390 GPa压强和10000 K温度时发生熔化；但Errandonea等人[1]测得的钼的高压熔化温度远低 于文献E53中的值，其dp／dT几乎为零。我们采用第一原理分子动力学方法计算了钼的熔化特性。采 用不同的初始构形得到了不同的熔化温度，说明固体熔化与初始构形有密切关系。 2 计算方法 在零温下计算了不同压力下钼fcc、bee、hcp三种结构的焓，结果表明，一直到500GPa压强，钼仍保 持bee结构(见图1)。在零压附近计算了E-V关系，利用Murnaghan物态方程拟合得到了零压体积及 其模量，与实验结果符合得很好。零温零压体积下的实验值为 0．015 54 nm。／atom，计算值为 0．015 64 nm。／atom，体弹模量的实验值B。…一261 GPa，计算值B。 一262 GPa。计算采用量子分子动 力学方法，考虑一含有N个核和N。个电子的立方超原胞，边长为L，粒子数密度为N／L。。外势场的贡 献采用超软赝势(USPP)处理，交换关联函数采用能较好描述电荷分布不均匀的广义梯度近似(参数化 ~jPW91形式[6])。计算采用VASP程序口 (维也纳科技大学开发研制的第一原理模拟程序)，基于密 * 收稿日期：2007—02-23；修回日期l 2007—05-18 基金项目：国家自然科学基金；工程物理研究院科学技术基金(2002Z01041)；中国工程物理研究院科 学技术基金 作者简介：张弓木(1978一)，男，硕士，助理研究员，主要从事凝聚态物理研究．E-mail~zhang_gongmu@iapcm．ac．an 54 高 压 物 理 学 报 第22卷 度泛函理论，计算了500 GPa压强以内钼的bee、