Ultrahigh-Pressure Magnesium Hydrosilicates as Reservoirs of Water in Early Earth
地球上水的起源是一个长期存在的谜团，需要对含水化合物进行全面的研究，这些化合物在地球深处的条件下稳定，并由地球丰富的元素组成。以前的研究通常集中在地幔压力-温度条件的当前范围内，而忽略了过去可能存在的差异，例如核幔分离的阶段。在这里，使用从头进化结构预测，我们发现只有两个镁氢硅酸盐相是稳定的兆巴压力，$α$-Mg $_2$ SiO $_5$ H $_2$和$β$-Mg $_2$ SiO $_5$ H $_2$，稳定在262 - 338 GPa和> 338 GPa，分别（所有这些压力现在位于地球的铁核心）。两者都是准一维质子扩散在相关条件下的超离子导体。在地球历史的前3000万年，在地核形成之前，它们一定存在于地球中，容纳了地球的大部分水。当致密的铁合金分离形成地核时，Mg $_2$ SiO $_5$ H $_2$相分解并释放出水。因此，现已灭绝的Mg $_2$ SiO $_5$ H $_2$相很可能对我们星球的进化做出了重大贡献。
2022-01-30 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Design of ternary alkaline-earth metal Sn(II) oxides with potential good p-type conductivity
长期以来一直在寻求具有良好p型导电性的氧化物以实现高性能的全氧化物光电子器件。二价Sn（II）基氧化物由于Sn-5s/O-2 p反键杂化而具有相当分散的上价带，是很有希望的候选者。迄今为止，很少有已知的Sn（II）氧化物是适用于器件应用的p型导电的。在这里，我们提出了通过第一性原理的全局优化结构搜索的材料设计研究，迄今尚未开发的锡（II）为基础的系统，三元碱土金属锡（II）氧化物的化学计量的MSn 2 O3（M =镁，钙，锶，钡）。我们确定了两个稳定的化合物SrSn 2 O3和BaSn 2 O3，这可以通过富锡条件下的相稳定性图稳定。它们的结构遵循Zintl行为，由SnO 3四面体的基本结构基序组成。出乎意料的是，它们显示出不同的电子性质，带隙范围从1.90（BaSn 2 O3）到3.15（SrSn 2 O3）eV，空穴有效质量范围从0.87（BaSn 2 O3）到高于6.0（SrSn 2 O3）m0。亚稳相的进一步探索表明，由基本结构图案之间的键合的细节控制的电子性质的宽的可调谐性。这表明进一步探索碱土金属Sn（II）氧化物用于需要良好p型导电性的潜在应用，例如透明导体和光伏吸收体。
2016-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Experimental evidence of a body centered cubic iron at the Earth's core condition
地球内核中铁的晶体结构仍然存在争议。最近的实验表明，六方密堆积（hcp）相。在模拟中，人们普遍认为hcp-Fe在内核压力和相对较低的温度下是稳定的。然而，在高温下，一些研究表明在内核条件下存在体心立方（bcc）相。我们在激光加热的金刚石池中，用微观结构分析和$\textit{in-situ}$ x射线衍射相结合的方法，研究了铁在200万大气压以上（> 200 GPa）和5000 K以上高温下的晶体结构。实验证据表明，在堆芯压力和高温下出现bcc-Fe，在压力-温度空间中从约95 $\pm$ 2GPa和2986 $\pm$ 79 K到至少222 $\pm$ 6 GPa和4192 $\pm$ 104 K的hcp-bcc转变线。的稳定性场的趋势意味着一个稳定的bcc-铁在地球的内核的条件下，包括解释地球的内核的地震各向异性的强有力的候选人的影响。
2018-04-13 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Crystal-structure design by agentic AI in a language of motifs
Japan Advanced Institute of Science and Technology（日本先进科学技术学院）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；The Institute of Statistical Mathematics（统计数理研究所）；Tohoku University（东北大学）
该研究提出智能体AI框架MatEvolve，以基元语言设计晶体，在贫稀土永磁体设计中发现新结构原型的频率是生成模型的三倍以上，可揭示结构-性能关系。
2026-10-22 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Radial gradient of superionic hydrogen in Earth's inner core
Xiamen University（厦门大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）
通过第一性原理计算Fe-H体系的吉布斯自由能，构建超离子-液相相图，发现固液分配主要由相对铁熔点的约化温度控制，并揭示内核中氢的径向梯度。
2026-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Ultra-high pressure disordered eight-coordinated phase of Mg$_2$GeO$_4$: Analogue for super-Earth mantles
Mg 2GeO 4是Mg 2SiO 4超高压行为的模拟物，因此我们采用激光加热金刚石对顶砧装置，结合同步辐射X射线衍射和密度泛函理论（DFT）计算，研究了锗酸镁在275 GPa和2000 K以上的超高压行为。实验结果与具有无序Mg和Ge的新相一致，其中锗与氧采用八重配位：立方Th 3 P4型结构。模拟使用特殊的准随机结构（SQS）的方法建议偏序在tetrandom I-42 d结构，在我们的实验中无法区分I-43 d Th 3 P4。这些结构以前在任何氧化物中都没有报道过。如果适用于硅酸盐，这种高度协调和内在无序相的形成将对大型岩石太阳系外行星的内部矿物学产生重要影响。
2021-08-20 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Electrical conductivity of MgSiO3 at high temperatures and pressures: implications for the Earth's mantle
本文通过第一性原理和玻尔兹曼输运理论计算，发现MgSiO3电导率随压力、温度和结构相变化，相变及带隙转变影响地幔电导率。
2024-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis and Compression study of orthorhombic $Fe_7(C,Si)_3$: A possible constituent of the Earth's core
采用激光加热金刚石对顶砧（LHDAC）在高温高压条件下合成了正交相的Si掺杂的Fe碳化物，并用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和拉曼光谱对其进行了表征。在室温下进行高达约104 GPa的高压XRD测量，以确定合成样品的状态方程（EOS）参数。没有观察到结构转变的证据，虽然我们的样品在约28和78 GPa的压缩行为中发现了两个异常。等温体积模量的压力演化表明，弹性硬化约28 GPa，然后软化约78 GPa。这些异常可能与压力诱导的各向异性应变驱动的两个不同的磁转变的单位电池。外推的密度分布，我们的研究的内核条件同意非常好的PREM数据的不确定性约为3- 4%。我们估计的体积模量值似乎比所示压力范围内的PREM数据小8-9%，并且与非磁性相的其他报告值相比最佳匹配。
2020-11-16 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Dynamic and structural properties of orthorhombic rare-earth manganites under high pressure
本文报道了正交晶系稀土锰氧化物AMnO_3的高压Raman散射和同步辐射X射线衍射研究。在所有情况下，结构和绝缘体到金属的过渡被证明，具有取决于A-阳离子大小的临界压力。我们通过晶格参数的压力依赖性，在a-c平面中的剪切应变，以及与异相MnO 6旋转和面内O2对称拉伸模式相关的拉曼谱带，分析了在不同锰氧化物中工作的压缩机制。我们的数据显示了两种不同行为之间的稀土系列交叉。对于最小的A-阳离子，压缩几乎是各向同性的ac平面，大概只有非常轻微的变化的倾斜角和Jahn-Teller失真。随着A-阳离子半径的增加，压力引起的Jahn-Teller畸变的减少变得更加明显，并且作为压缩机制变得越来越重要，而压力引起的八面体链的弯曲相反地变得不那么明显。最后，我们讨论了我们的结果中的化学压力的概念，并表明，与静水压力的类比工程相当不错的锰氧化物与小的A-阳离子，但可以误导与大的A-阳离子。
2014-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Temperature of the inner-core boundary of the Earth: Melting of iron at high pressure from first-principles coexistence simulations
地核由一个半径为1221公里的实心球组成，周围是一个从行星中心延伸到3480公里的液体壳层，大约是向表面延伸的一半（地球的平均半径为6373公里）。核心的主要成分是铁，因此在固体和液体之间的边界（ICB）处遇到的压力下铁的熔化温度提供了核心温度的估计。在这里，我报告的熔融温度的Fe在压力附近的ICB，获得第一原理技术的基础上密度泛函理论。通过直接模拟铁的固液共存进行了计算，结果表明，在$\sim 328$ GPa的压力下，铁在$\sim 6370\pm 100$ K下熔化。这些发现与早期的模拟结果非常一致，早期的模拟使用了完全相同的量子力学技术，但通过计算固体和液体Fe的自由能获得了熔化特性
2009-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Properties of Liquid Iron along the Melting Line up to the Earth-core Pressures
本文用分子动力学方法研究了高温高压下铁液的输运系数和无限频率剪切模量。我们观察到的剪切粘度和扩散系数沿熔化线的同时上升，并估计如果液态铁可以玻璃化地球核心条件下。我们表明，在我们的工作中研究的模型的框架铁表现出适度增加的粘度沿熔化线。在高温高压极限下，铁液的行为类似于指数n=4.6的软球系统。
2013-01-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electrical Conductivity of Iron in Earth's Core from Microscopic Ohm's Law
了解铁在高温高压下的电子输运性质对于约束地球物理过程至关重要。在地核条件下可靠地测量这些特性的困难要求能够支持诊断的复杂理论方法。我们目前的结果的电导率的压力和温度范围内发现在地球的核心从模拟微观欧姆定律使用时间相关的密度泛函理论。我们的预测为解决最近实验中的差异提供了新的视角。
2022-03-11 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Rubidium Polyhydrides Under Pressure: Emergence of the Linear H3- Anion
用密度泛函理论计算研究了压缩态铷多晶（RbHn，n>1）的结构及其在压力下的演化.这些阶段，开始稳定在只有P=2 GPa，由Rb+阳离子和一个或多个以下物种：H-阴离子，H2分子，和H3-单位。后一个基序是三中心四电子键的最简单的例子，存在于最稳定的结构RbH 5和RbH 3中。压力诱导H3-的对称化。在200 GPa以上的压力下，结晶最稳定的多金属硫化物。在研究的最高压力下，我们的进化搜索发现了一个RbH 6相，其中包含聚合物（H3-）$_\infty$链，显示出一维液体状行为的迹象。
2012-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity and electrical resistivity of solid iron at Earth's core conditions from first-principles
计算了六方铁的热导率和电阻率对地核压力和温度的响应。我们发现显着的贡献，从电子-电子散射，通常被忽视的过渡金属在高温下。我们的计算表明，在极高的压力下，六方铁的电阻率和温度之间的准线性关系。我们得到的热导率和电导率，考虑合理的误差与实验一致。预测的热导率从以前的估计，忽略电子-电子散射减少。我们估计外核的热导率为77 $\pm$ 10 W/m/K，与热对流驱动的地球发电机一致。
2018-08-28 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Prediction of novel stable compounds in the Mg-Si-O system under exoplanet pressures
Mg-Si-O系统是地球和岩石行星形成的主要系统。在这里，通过量子变组分演化结构探索，我们在Mg-Si-O系统中发现了几个意想不到的稳定的二元和三元化合物。除了已知的SiO_2相，我们还发现了两种特殊的氧化硅，SiO_3和SiO，它们分别在0.51 TPa和1.89 TPa以上的压力下变得稳定。在Mg-O体系中，发现了一种新的化合物MgO_3，它在0.89TPa时稳定。发现不仅（MgO）x（SiO2）y化合物，而且两种（MgO 3）x（SiO 3）y化合物MgSi 3 O 12和MgSiO 6的稳定场分别大于2.41 TPa和2.95 TPa。高度氧化的MgSi 3 O 12可以在质量超过20 M+（M+：地球质量）的巨型地球的地幔深处形成。此外，pPv-MgSiO 3的解离途径也被澄清，并发现在低温和高温下是不同的。低温下的反应路径为MgSiO 3-> Mg 2SiO 4 + MgSi 2 O 5-> SiO2 + Mg 2SiO 4-> MgO + SiO2，高温下的反应路径为MgSiO 3-> Mg 2SiO 4 + MgSi 2 O 5-> MgO + MgSi 2 O 5-> MgO + SiO2。目前的结果与巨型系外行星内部结构的模型以及了解材料的高压行为相关。
2015-10-11 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Prediction of ambient pressure superconductivity in cubic ternary hydrides with MH$_6$ octahedra
该研究通过高通量筛选含 MH$_6$ 八面体的立方 X$_2$MH$_6$ 氢化物，识别出26种动力学稳定且电子–声子耦合较强的化合物，其中4种预测可在环境压力下实现50 K以上超导。
2024-01-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Intermediate spin state and the B1-B2 transition in ferropericlase at tera-Pascal pressures
铁长石（fp），（Mg $_{1-x}$ Fe $_x$）O，是地球下地幔中第二丰富的矿物，被认为是超级地球地幔的主要成分。在这里，我们提出了一个从头算调查的结构和磁性基态的fp到$\sim$ 3 TPa的铁浓度（x $_{Fe}$）从0.03到0.12不等。使用LDA+U $_{sc}$和PBE交换相关泛函进行计算，以阐明需要Hubbard U（U $_{sc}$）的压力范围。与端元FeO和MgO类似，fp也经历了B1到B2的相变，这对于模拟超级地球地幔的结构和动力学至关重要。该结构转变涉及磁性状态从具有铁总自旋S=0的低自旋（LS）B1相到具有S=1的中间自旋（IS）B2相的同时变化。这是由局部阳离子配位变化产生的压力/应变诱导磁性的一种罕见形式。声子计算证实了铁B2-IS态的动力学稳定性。然后进行自由能计算，包括振动效应和电子和磁熵的贡献。相图，然后获得低浓度fp使用准理想固溶体模型。对于x $_{Fe}$ > 0.12，该方法不再有效。在超高压下，有一个IS到LS自旋状态的变化，在铁的B2相，但过渡压力敏感地依赖于热电子激发和x $_{Fe}$。
2022-05-02 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
The elastic constants of MgSiO3 perovskite at pressures and temperatures of the Earth's mantle
与热对流1有关的地幔温度异常可以从地震层析成像中推断出来，前提是地幔矿物的弹性特性是地幔压力下温度的函数。然而，目前，这些信息很难直接通过实验室实验获得。因此，我们利用计算机技术的最新进展，并进行了有限温度从头计算分子动力学模拟的弹性性质的MgSiO3钙钛矿，下地幔的主要矿物，在相关的热力学条件。当结合断层图像的地幔的结果，我们的研究结果表明，下地幔是显着的滞弹性或成分不均匀的大尺度。我们发现，在给定的深度，地幔的最冷和最热的区域之间的温度差，在1000公里，约为800 K，1500 K在2000公里，并可能超过2000 K的核幔边界。
2009-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-Induced Stacking Disorder and Suppression of Long-Range Sm-type Order in Medium-Entropy Rare-Earth Alloys
University of Alabama at Birmingham（阿拉巴马大学伯明翰分校）
该研究通过同步辐射X射线衍射发现，中熵稀土合金TbHoEr和TbHoDy在压力下跳过Sm型中间相，经堆垛无序的密堆积态转变，揭示中熵合金化可改变稀土材料的压力诱导堆垛路径。
2026-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Iron under Earth's core conditions: Liquid-state thermodynamics and high-pressure melting curve
基于密度泛函理论的{ \em Ab initio}方法在投影增广波的实现下被用来计算与地核相关的高压高温下液态铁的自由能和一系列其他热力学性质。{ \em ab initio}自由能通过使用热力学积分计算从简单参考系到{ \em ab initio}系统的自由能变化而获得，热平均值通过{ \em ab initio}分子动力学模拟计算。参考系由以前工作中使用的反幂对势模型组成。将液态自由能与先前使用相同的{ \em ab initio}技术计算的六方密堆积Fe的自由能相结合，以获得熔化曲线和熔化的体积和熵。计算的熔化性能与实验测量和其他最近的{ \em从头计算}预测的比较。实验理论的比较，也提出了固体和液体Hugoniot曲线交叉的熔化线的压力，以及声速和Grüneisen参数沿Hugoniot。根据实验数据，与常用的高压/高温Fe的状态方程进行了额外的比较。
2001-07-13 cond-mat.mtrl-sci
A deep Aurum reservoir: Stable compounds of two bulk-immiscible metals under pressure
众所周知，地壳中的黄金已经耗尽，其他稍微重一些的贵金属是由岩浆从地幔运送到地壳的。块状硅酸盐地球（BSE）模型还表明，硅酸盐地幔本身的金的显着亏损，这不能用地幔岩浆中的金的量来解释。这意味着Au可以保留在下地幔中并形成稳定的化合物，特别是与铁，铁是地核中的主要元素。虽然铁在环境条件下不会与金形成二元化合物或大块合金，但它可能在地球内部的高压下形成。在这里，使用密度泛函方法，我们研究了在高达210 GPa的压力下识别稳定的二元Fe-Au化合物的可能性。我们发现了三个这样的Fe-Au化合物，这是稳定的压力和显着的电子转移，包括正交AuFe $_4$相，这是铁磁性的性质与Au具有显着的磁矩。虽然我们的研究结果表明，由于Fe-Au化合物的传导性和热通量引起的热对流可能是为地球的地球发电机提供动力的能源，但它们也指向Au化学性质的变化，因为它可以在压力下以阴离子或阳离子的形式存在。此外，预测的各种铁金化合物的声速和密度表明，它们可以揭示核幔边界和地球核心的组成，同时证明微量金的存在如何影响与地震数据的一致性。
2022-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Mimicking the earth core conditions with ultrafast laser materials interaction
The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；CNRS, Institut d’Optique Grduate School, Laboratoire Hubert Curien UMR 5516, Université Jean Monnet（法国国家科学研究中心，光学研究生院，居里安实验室，圣艾蒂安大学）；Center for Electron Microscopy and Analysis（电子显微镜与分析中心）；Colorado State University（科罗拉多州立大学）；XUV Lasers Inc（XUV激光公司）
利用超快激光与非晶硅氧化铪多层介电材料相互作用，成功在常压下合成并稳定了高压硅相，揭示了双阶段热力学路径。
2026-02-25 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph physics.optics
Unveiling the effect of Ni on the formation and structure of Earth's inner core
本研究利用 ab initio 分子动力学模拟揭示 Ni 在内核压力下稳定 bcc 相、提高熔点并加速 Fe 结晶，表明其显著影响地球内核结构与形成。
2023-09-22 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Chemical pressure and hidden one-dimensional behavior in rare earth tri-telluride charge density wave compounds
我们报告了稀土三碲化物电荷密度波系统的首次光学测量结果。我们的数据，收集在一个非常广泛的光谱范围内，使我们能够观察到德鲁德组件和单粒子峰，归因于由于自由载流子和电荷密度波隙激发的贡献，分别。数据分析显示电荷密度波凝聚体对电子性质的影响随着整个稀土系列晶格常数的减小而减小。我们提出了一个可能的机制来描述这种行为，我们建议在这些二维化合物的一维字符的存在。我们还设想，相互作用和umklapp过程可能发挥相关的作用，在这些化合物中的电荷密度波状态的形成。
2006-06-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Robustness of the pyrochlore structure in rare-earth A2Ir2O7 iridates and pressure-induced structural transformation in IrO2
利用变温、变压同步辐射 X 射线衍射研究稀土 A2Ir2O7，证实焦绿石结构在 4 K–20 GPa 下稳健，并测得多项弹性参数，同时发现 IrO2 在 15 GPa 发生正交畸变。
2024-03-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Revealing the role of interfacial heterogeneous nucleation in metastable thin film growth of rare earth nickelates electronic transition materials
虽然稀土镍酸盐（ReNiO 3）具有丰富的电子相和广泛可调的金属-绝缘体电子跃迁性质，但其固有的Meta稳定性在很大程度上阻碍了其实际的电子应用。除了提高氧反应压力，异相成核预计作为一种替代策略，使结晶ReNiO 3在低Meta稳性。本文揭示了高氧压和异质界面在触发ReNiO_3薄膜亚稳态生长中各自的作用。采用第一性原理计算进一步验证了在LaAlO 3单晶衬底上生长的ReNiO 3（Re：Nd，Sm，Eu，Gd，Dy）异质薄膜在常压下不需要施加高氧压就能有效晶化，表明ReNiO 3与衬底之间的界面结合能充分降低ReNiO 3的正Gibbs形成能.然而，突变的电子跃迁只出现在高氧压下生长的ReNiO 3薄膜中，在这种情况下，氧空位通过高氧压反应被有效地消除，如近边X射线吸收精细结构（NEXAFS）所示。本工作揭示了异质形核和高氧压对高质量ReNiO 3薄膜生长的协同作用。
2021-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Stability of xenon oxides at high pressures
氙在环境条件下是非常惰性的，但在压力下可能会发生反应。在地球内部形成稳定的氙氧化物和硅酸盐的可能性可以解释大气中缺少氙的悖论。利用从头算进化算法，我们预测了高压下Xe-O化合物（分别在83，102和114 GPa以上的压力下的XeO，XeO 2和XeO 3）的稳定性.我们的计算表明，在这些氧化物中的大的电荷转移，这表明，大的电负性差和压力的关键因素有利于氙化合物的形成。然而，地幔中的氙化合物并不能直接解释缺失的氙悖论：氙氧化物在与下地幔中的金属铁平衡时是不稳定的，而氙硅酸盐预计在所有地幔压力（<136 GPa）下都会自发分解。这并不排除碳原子被保留在地幔硅酸盐和氧化物的缺陷中。
2012-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Density dependent local structures in InTe phase-change materials
本文通过从头算模拟研究InTe相变材料，揭示非晶局域结构随密度变化在四面体与缺陷八面体基元间转变，并预测其压力下快速结晶能力，提出利用热与机械效应的主动器件设计。
2021-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Efficient Analytical Approach for High-Pressure Melting Properties of Iron
铁是地核的主要组成部分，但其高压熔化图仍不明确。在这里，我们提出了一个简单的分析方法来预测铁在深地球条件下的熔化特性。在我们的模型中，固相的非谐自由能直接由量子统计力学中的矩展开技术确定。这个基础与振动不稳定性的林德曼判据相结合，可以推导出熔化温度。此外，我们将热膨胀过程与剪切响应相关联，以解释熔化时原子体积、焓和熵的不连续性。我们的数值计算与最近的实验和模拟定量一致。所获得的结果将增进对地球结构、动力学和演化的了解。
2020-12-18 cond-mat.mtrl-sci
High-pressure, temperature elasticity of Fe- and Al-bearing MgSiO3: implications for the Earth's lower mantle
Fe和Al是除Mg、Si和O之外最重要的两种成岩元素。它们存在于下地幔最丰富的矿物MgSiO_3桥镁石、MgSiO_3后钙钛矿和MgO方镁石中，改变了它们的弹性性质。然而，关于含铁和铝的MgSiO_3桥晶石和后钙钛矿的热弹性的知识很少。在这项研究中，我们进行从头算分子动力学计算的弹性和地震性质的纯，Fe^{3+}-和Fe^{2+}-，和Al^{3+}轴承MgSiO_3钙钛矿和后钙钛矿，在广泛的压力，温度和Fe/Al组成。我们的研究结果表明，类似地幔岩的矿物组合符合一维地震学模型，至少在核幔边界上方几百公里处，即D“区域的顶部。在D“中，类似的组成仍然非常适合于平均速度，并且相当接近于密度。我们还利用地球动力学模型实现了多晶塑性，以预测由此产生的地震各向异性，并发现在所有成分中具有主导（001）滑移的后钙钛矿与D“中的地震观测结果最一致。
2015-07-17 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Pressure Correction in Density Functional Theory Calculations
基于密度泛函理论的第一性原理计算已广泛应用于成土物质的结构、热弹性、流变和电子性质的研究。然而，交换相关项是基于各种近似实现的，这被认为是实验和理论预测之间存在差异的主要原因。在这项工作中，通过使用方镁石MgO作为原型系统，我们研究的压力和Kohn-Sham能量的差异，是由于交换相关功能的选择。例如，我们选择了局部密度近似和广义梯度近似。我们在不同的温度和体积下进行了广泛的第一性原理计算，发现基于交换相关的Kohn-Sham能量和压力的差异应该与温度无关。这意味着，由特定选择的交换相关泛函估计的物理量，如状态方程、热容和格吕奈森参数，可以很容易地转换为由另一个交换相关泛函估计的物理量。我们的研究结果可能有助于在与地球深部相容的热力学条件下对矿物性质提供有用的约束。在地球深处的热力学条件下。
2008-11-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.geo-ph
Pressure-induced Topological Node-Line Semimetals in Alkaline-Earth Hexaborides XB6 (X=Ca, Sr, Ba)
基于第一性原理计算，我们报道了外压可以诱导碱土金属六硼化物XB 6（X=Ca，Sr，Ba）的拓扑相变.结果表明，在不考虑自旋轨道耦合（SOC）的情况下，在中等压力下，XB 6从普通半导体转变为拓扑节点线半金属。B px（pz）和py轨道在X点的能带反转是形成节线半金属的原因。利用时间反演和空间反演对称性相结合的方法，保护了X点周围的三个节点线环，并在投影的节点线环内部得到了鼓面带。当包含SOC时，在交叉线处打开微小的间隙（< 4.8 meV），并且XB 6成为具有Z2指数（1;111）的强拓扑绝缘体。由于SOC引起的能隙开放可以忽略不计，因此我们的研究结果为拓扑节点线半金属的基础物理的实验探索提供了理想的真实系统。
2016-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Materials under high pressure: A chemical perspective
在高压下，元素周期表所规定的元素的典型行为-包括氧化数，化合物的化学计量和反应性，仅举几例-被显著改变。当施加压力时，原子轨道的能量顺序发生变化，使核心轨道变得化学活性，出现非典型的电子构型，并且在某些情况下，在固体结构的间隙中形成非原子中心轨道。奇怪的化学计量，结构和键合图案的结果。晶体结构预测工具，不受在大气压下学习的结构化学的先入为主的概念的负担，已经被应用于在高压下探索相图，识别不同化学系统中的新结构。其中几个已随后观察到的实验研究，其进入高压制度的金刚石砧单元和动态压缩技术的进步得到了支持。实验和理论的共同努力在高温超导体领域取得了特别的成功，确定了许多超导转变接近室温的新相。
2021-12-30 cond-mat.mtrl-sci
High Pressure Structure and Decomposition of MoS$_{2}$
作为一种重要的过渡金属层状双硫属化合物，体相MoS $_2$的高压结构和电子演化是目前研究的热点。最近的理论和实验工作预测和验证了20 GPa下的2 H $_c \to$ 2 H $_a$层滑动结构转变和在相同压力范围内的能带重叠的半金属转变。已知2 H $_a$结构在高达81 GPa的压力下仍然存在，但在更高压力下的性质仍然是实验未知的。在这里，我们预测，一个可靠的第一性原理的进化搜索，主要的结构转变应该发生在平衡在较高的压力接近130-140 GPa。主要的基序是分解成MoS + S，也预示着在一个小的双分子电池的亚稳态非层状金属MoS $_2$结构的空间群\textit{P4/mmm}的外观。与半金属2 H $_a$ $_2$不同，在完全相分离的系统中，该相和硫都是完全金属的并且是超导的，具有比碱插层的MoS $_2$更高的临界温度。
2014-12-12 cond-mat.mtrl-sci
The effect of pressure and spin on the isotopic composition of ferrous iron dissolved in periclase and silicate perovskite
我们进行密度泛函计算的平衡57 Fe/54 Fe的比例溶解在方镁石和MgSiO 3钙钛矿在地球的地幔的压力和温度的亚铁。压力增加了57 Fe的分配到两个阶段的三个因素，从地球表面的核幔边界。在铁方镁石中，这种增加的一个很大的贡献来自于从高自旋到低自旋铁的电子跃迁。我们的计算表明，压力诱导分馏可以发挥重要作用，在确定行星铁同位素组成。
2008-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio prediction of an order-disorder transition in Mg$_2$GeO$_4$: implication for the nature of super-Earth's mantles
在这里，我们提出了一个从头计算预测的有序-无序转变（ODT）从$I\bar{4}2d$型到Th $_3$ P $_4$型相的阳离子亚晶格的Mg $_2$ GeO $_4$，后后钙钛矿（后PPv）相。这种不常见的预测类型是通过在56个原子的超晶胞中进行原子配置的高通量采样，然后进行玻尔兹曼系综统计计算来实现的。Mg $_2$ GeO $_4$是$I\bar{4}2d$型Mg $_2$ SiO $_4$的低压类似物，预测超级地球地幔的主要行星形成阶段。因此，在$I\bar{4}2d$型Mg $_2$ SiO $_4$中也预期有类似的ODT，这应该会影响这些行星的内部结构和动力学。这种Th $_3$ P $_4$型相在Mg $_2$ GeO $_4$中的预测进一步增强了地球/行星形成硅酸盐和氧化物在极端压力下的晶体结构与稀土倍半硫化物在低压下的晶体结构之间的关系。
2020-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Novel high-pressure calcium carbonates
碳酸钙和碳酸镁被认为是地球地幔中大多数氧化碳的主体化合物。在这里，使用进化晶体结构预测方法USPEX，我们系统地探索了MgO-CO2和CaO-CO2系统在0至160 GPa的压力范围内寻找结晶稳定的镁和碳酸钙。虽然MgCO 3是唯一稳定的碳酸镁，但有三种碳酸钙在压力下是稳定的：众所周知的CaCO 3，以及新预测的Ca 3CO 5和CaC 2 O 5。发现Ca 3CO 5多晶型物含有孤立的原碳酸酯（CO 4）4-四面体，并且在相对较低的压力（>11 GPa）下稳定，而CaC 2 O 5在33 GPa以上稳定，并且其多晶型物特征在于由CO 4四面体制成的聚合物基序。对CaCO 3、Ca 3CO 5和CaC 2 O 5在地球下地幔典型环境中的化学稳定性的详细分析表明，这些化合物都不可能存在于地球下地幔中。我们的结论是，MgCO 3是整个下地幔的氧化碳的主要主机。
2018-05-17 cond-mat.mtrl-sci
Phase transitions and spin-state of iron in FeO at the conditions of Earth's deep interior
本文利用X射线衍射、X射线发射光谱与DFT+DMFT方法，研究FeO在高达140 GPa和2100 K条件下的电子结构、自旋态和晶体结构，发现其在核幔边界条件下存在金属性高自旋态高压相，并伴随异常压缩行为和体弹模量显著变化，对理解地球深部地球物理与地球化学性质具有重要意义。
2023-01-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Possibility of superconductivity in graphite intercalated with alkaline earths investigated with density functional theory
用密度泛函理论研究了AC $_6$（A=Mg，Ca，Sr，Ba）的超导电性.我们预测，在零压力下，Ba和Sr应超导的临界温度（T $_c$）0.2 K和3.0 K，分别。假设零压力和有限压力下的晶体结构具有相同的对称性，我们研究了T $_c$的压力依赖性。我们发现，SrC $_6$和BaC $_6$临界温度应大幅提高压力。相反，对于CaC $_6$，我们发现，在0至5 GPa的区域，T $_c$弱增加与压力。这一增长比最近几次实验所显示的要小得多。因此，我们认为在CaC $_6$中，在有限压力下发生连续的相变，例如阶段的增加。最后，我们认为，虽然MgC $_6$是不稳定的，合成的插层系统的种类Mg $_x$钙$_{1-x}$ C $_y$可能会导致更高的临界温度。
2006-06-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
The melting curve of iron at extreme pressures: implications for planetary cores
最近在太阳系外发现了质量与地球相似的系外行星。了解它们动力学的一个首要问题是知道它们是否拥有像地球一样的液态金属核。然而，在相当于地球质量数倍的行星的条件下（超过1500 GPa的行星具有10倍地球质量（ME）），铁的熔化曲线是未知的。在这些超级地球的核心密度-温度区域，我们采用基于密度泛函理论的第一性原理分子动力学模拟计算了铁的熔化曲线。通过比较这个熔化曲线与计算的超级地球的热结构，我们表明，行星重量超过2 ME，有固体的核心，从而排除了内部金属核心驱动的磁场的存在。在这项研究中获得的铁熔化曲线表现出比任何计算出的行星绝热温度曲线更陡的斜率，使得熔融金属核心的存在不太可能随着类地行星的尺寸增加。
2010-10-25 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci
Reverse chemistry of iron in the deep Earth
在这项工作中，我们展示了铁在高压下的化学趋势的显着变化，这是非常重要的了解元素在地球的地幔和核心的分布。利用第一性原理晶体结构搜索方法，我们进行了系统的研究，从环境条件下的地球核心的高压下，与铁的化学键合的倾向的p块元素。我们发现，在压力增加，铁往往会扭转其化学性质，从电子供体（还原剂）的电子受体，并氧化许多化合物中的p-区元素。这种逆化学对深行星条件下铁化合物的化学计量、键型和键强度、结构和性质具有重要影响。
2019-08-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Stable compounds in the CaO-Al2O3 system at high pressures
利用进化晶体结构预测算法USPEX，我们表明，在地球下地幔的压力CaAl 2 O 4是唯一稳定的铝酸钙。在7.0 GPa以上的压力下，它具有CaFe 2 O 4型结构和空间群Pnma。该相是地球下地幔中主要的候选铝质相之一。结果表明，在低压下，空间群为Cmc 21的5CaO * 3Al 2 O3（C5 A3）、CaAl 4 O 7（C2/c）和CaAl 2 O 4（P21/m）结构分别在2.1、1.8和7.0GPa的压力下是稳定的。从我们的计算中还发现了以前未知的正交'CA-III'相的结构。该相是亚稳态的，具有空间群为P21212的层状结构。
2022-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Structures and stability of calcium and magnesium carbonates at mantle pressures
采用从头算随机结构搜索（AIRSS）和密度泛函理论（DFT）方法对碳酸钙和碳酸镁（CaCO $_3$和MgCO $_3$）在高压下的结构进行了预测.我们发现了一种以前未知的CaCO $_3$结构，它在32- 48 GPa范围内比文石和“后文石”相更稳定。在67 GPa到100 GPa以上的压力下，最稳定的相是以前未知的具有四重配位碳原子的辉石型CaCO $_3$结构。我们还预测了MgCO $_3$在85- 101 GPa范围内的稳定结构。我们的研究结果导致修改的CaCO $_3$的相图超过一半的压力范围内遇到的地幔，和较小的变化MgCO $_3$的相图。我们预测在100 GPa以上的地幔中，CaCO $_3$比MgCO $_3$更稳定，并且CO $_2$在深地幔条件下不是化学稳定的化合物。我们的研究结果对理解地球深层碳循环具有重要意义。
2014-07-12 cond-mat.mtrl-sci
Comparative high-pressure study on rare-earth entropy fluorite-type oxides
Universitat de Valencia（瓦伦西亚大学）；Institut de Ciència dels Materials de la Universitat de València（瓦伦西亚大学材料科学研究所）；University of Zagreb（萨格勒布大学）；Diamond Light Source Ltd.（钻石光源有限公司）；CELLS-ALBA Synchrotron Light Facility（CELLS-ALBA同步辐射光源设施）
研究两种氟石型稀土氧化物在高压下的结构稳定性与振动特性，揭示配位熵、离子尺寸和压力的复杂相互作用。
2026-04-09 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Origin of superionic state in Earth's inner core
Pohang University of Science and Technology（韩国科学技术院）；Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research (HPSTAR)（高压科学和技术先进研究中心）；Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences（中国科学院地球化学研究所）
通过第一性原理计算，发现电子化物形成驱动铁氢化物在地球内核压力下进入超离子态，稳定铁晶格并促进挥发分扩散，为类地行星核形成与演化提供新见解。
2023-06-13 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Tetrahedrally coordinated carbonates in Earth's lower mantle
碳酸盐是通过俯冲作用将碳带入地球深处的主要物种。它们是一种重要的岩石形成矿物，与地壳中的硅酸盐有根本区别，因为碳与三个氧原子结合，而硅与四个氧原子结合。在这里，我们提出的实验证据表明，下地幔中存在的足够高的压力和高温下，铁镁碳酸盐转化为四面体配位碳相。在80 GPa以上，原位同步辐射红外实验显示了（Mg，Fe）CO $_3$高压相的明确光谱特征。使用从头计算，我们分配的新的IR签名与四面体配位的碳与不对称的C-O键的C-O带。预期四面体配位的碳酸酯表现出与低压三重配位的碳酸酯显著不同的反应性，以及在液态下不同的化学性质。因此，这可能对碳库和碳通量以及全球地球动力学碳循环产生重大影响。
2015-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Limits to crystallization pressure
结晶压力驱动着纪念碑、建筑物和地壳的变形和损坏。尽管这一现象已经被发现了170年，但理论计算的最大可达到压力与实验发现的压力之间并不一致。因此，我们开发了一种新的实验技术，以图像的纳米限制结晶过程中，同时控制压力，并将其应用到方解石。结果表明，在低于热力学极限的压力下，结晶压力引起的位移被阻止。我们使用现有的分子动力学模拟和原子力显微镜的数据来构建一个强大的模型，在这个系统中的分离压力，从而计算表面之间的绝对距离。基于高分辨率的实验和建模，我们制定了一个新的机制之间的过渡损坏和粘附结晶，可能会发现应用在地球和材料科学和文化遗产的保护。
2021-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Fe-C and Fe-H systems at pressures of the Earth's inner core
地球的固体内核主要由铁和几个百分比的镍和一些较轻的元素组成，Si，S，O，H和C是主要的候选者。有越来越多的论文研究C和H作为可能的轻元素，但结果是矛盾的。在这里，我们使用从头算模拟，研究在内核压力（330-364 GPa）的Fe-C和Fe-H系统。使用进化结构预测算法USPEX，我们已经确定了可能的碳化物的最低焓结构（FeC、Fe 2C、Fe 3C、Fe 4C、FeC 2、FeC 3、FeC 4和Fe 7 C3）和（Fe 4 H，Fe 3 H，Fe 2 H，FeH，FeH 2，FeH 3，FeH 4），并发现Fe 2C（Pnma）是在内核压力下最稳定的碳化铁，而FeH，FeH_3和FeH_4在这些条件下是稳定的铁氧化物。对于Fe_3C，最近通过随机抽样发现的铁钛矿结构（Pnma）和Cmcm结构不如这里发现的I-4和C2/m结构稳定。我们发现，FeH 3和FeH 4采用化学有趣的结晶稳定的结构，在这两种化合物含有三价铁。内芯的密度可以与合理的碳浓度相匹配，在相关的压力和温度下为11-15摩尔%（2.6-3.7重量%）。该浓度与Cl碳质方解石中的浓度相匹配，并且对应于49.3-51.0范围内的平均原子质量，与从伯奇定律对内核的推断非常一致。类似地，对最大氢含量的估计是不切实际的高，17-22摩尔%（0.4-0.5重量%），其对应于43.8-46.5范围内的平均原子质量。我们得出结论，…
2012-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical and experimental evidence for a post-perovskite phase of MgSiO3 in Earth's D" layer
地球的下地幔被认为主要由（Mg，Fe）SiO3钙钛矿组成，具有少量的（Mg，Fe）O和CaSiO3）。但是，用这种矿物学方法还不能解释地幔最低150公里（D”层）的许多不寻常的性质。在这里，使用从头计算模拟和高压实验，我们表明，在D”层的压力和温度下，MgSiO3从钙钛矿转变成层状CaIrO3型后钙钛矿相。后钙钛矿相的弹性性质及其稳定性场解释了D”层的几个观察到的令人困惑的性质：它的地震各向异性，顶部强烈起伏的剪切波不连续性，以及剪切和体声速之间的可能关系。
2009-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Anisotropy and Metamagnetic Transitions in Er3Pt2Sb4.55 with A Distorted Square Net Lattice
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）
报道了新型稀土基化合物Er3Pt2Sb4.55的晶体生长、结构、磁、热和电输运性质，发现其具有扭曲方形晶格网络、长程反铁磁序和基于Jeff=1/2 Er3+的变磁转变。
2026-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Superconductivity in Room Temperature Stable electride and high-pressure phases of alkali metals
S带金属如碱金属和碱土金属在环境压力下不经历超导转变（SCT），但它们的高压相会。相比之下，室温稳定的C12 A7：e-，其中晶体亚纳米尺寸笼中的阴离子电子具有高s-特征，在环境压力下在0.2-0.4K下表现出SCT。本文报道了C12 A7：e-的晶体和电子结构与碱金属和碱土金属的高压超导相的晶体和电子结构接近，并且当费米能（EF）处的电子性质从s-杂化态转变为sd-杂化态时，这两种材料都发生了SCT。
2015-01-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Searching for iron nanoparticles with a general-purpose Gaussian approximation potential
本文提出一种适用于铁的通用机器学习高斯近似势（GAP），可稳定描述块体、表面及纳米颗粒，并利用该势结合密度泛函验证，发现了多个低于文献能量、直至200原子的新型低能铁纳米颗粒，揭示其无序结构源于bcc与fcc基序竞争。
2023-06-22 cond-mat.mtrl-sci
A Novel Discovery of Negative Thermal Expansion in Rare-earth Pyrochlore through Anion Order-Disorder Transition
本文首次发现稀土烧绿石中由氧阴离子从48f位向8b位迁移引发的负热膨胀效应，并利用深度学习势揭示了压力对该转变的调控作用。
2025-07-22 cond-mat.mtrl-sci
The Search for Superconductivity in High Pressure Hydrides
高压下二元超导体相图的计算和实验探索揭示了具有新颖化学计量和结构的相，其中一些在相当高的温度下是超导的。在这里，我们回顾了过多的研究，在过去的十年中已经进行的主族和过渡金属氧化物，以及一些稀土氧化物在金刚石压砧单元可达到的压力。数据的集合表明，超导性的倾向取决于用于“掺杂”氢的物质，其中一些最高值是由属于碱金属和稀土元素，或磷属元素和硫属元素家族的元素获得的。
2018-06-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
