掺氧化钙及相变对高压下立方氧化锆电子结构和光吸收的影响

研究表明,立方氧化锆可作为冲击波实验中的窗口材料.为了使得该材料在常态下保持结构稳定,需添加稳定剂——氧化钙.然而,掺杂会导致其在29 GPa的冲击压力下从立方转变为斜方Ⅱ结构相.因此,该材料在冲击压缩下的电子结构和光学吸收性质以及作为光学窗口的适用压力范围是值得研究的重要问题.本文运用第一性原理的方法,分别计算了在100 GPa范围内两种结构氧化锆的电子结构和光学吸收性质.结果表明:(1)在立方结构相区,冲击压力将导致其吸收边蓝移,而在斜方Ⅱ结构相区,却使得其吸收边红移;(2)在立方结构相区,掺杂将引起能隙变窄(吸收边红移),但对于斜方II相区,却导致能隙变宽(吸收边蓝移);(3)冲击结构相变使得能隙变窄,吸收边红移.本文数据建议,掺氧化钙的立方氧化锆在95GPa的冲击压力范围内可作为光学窗口材料.     

(Mg,Fe)SiO_3钙钛矿在高压下光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法并结合局域密度近似(LDA),计算了(Mg_(0.875),Fe_(0.125))SiO_3钙钛矿在高压下的光吸收和折射率性质.结果表明:(1)计算得到的二价铁吸收带的波数位置以及其吸收带随压力增大出现的蓝移现象与实验观测结果基本一致.(2)压力是导致二价铁吸收带强度降低的一个重要因素,而二价铁自旋态的转变对其吸收带强度的降低没有贡献.因此,实验中观测到的二价铁吸收带强度的降低或许与其自旋态的转变无关.(3)在近红外和可见光区,折射率随着压力增大而降低,随波数增加而缓慢上升.     

下地幔硅酸盐矿物的结构和电子相变对其高压下光学性质的影响

基于第一性原理平面波超软赝势法并结合局域密度近似,计算了(Mg_(0.875),Fe_(0.125))SiO_3钙钛矿和(Mg_(0.9),Fe_(0.1))SiO_3后钙钛矿晶体在高压下的光学性质.计算数据表明:(1)钙钛矿的结构相变将导致其吸收性增强,证实了基于实验数据的推断.(2)后钙钛矿二价铁吸收带的波数位置与实验观测结果相近.(3)在后钙钛矿相区,压力将导致吸收带的强度缓慢增加,但二价铁自旋态的转变对其吸收谱的影响却非常微弱.(4)钙钛矿的结构相变将导致其折射率升高;在后钙钛矿相区,压力及自旋态转变对折射率的影响不明显.(5)波数大约在12500 cm~(-1)以下,后钙钛矿折射率随波数的增加而降低,钙钛矿的折射率则变化不大;波数大约在12500 cm~(-1)以上,钙钛矿折射率随波数的增加而增大,后钙钛矿的折射率则显著上升.