高温高压下新奇FeO 2 -H-He化合物的第一性原理研究

发布时间：2024-03-19 05:53

　　尽管人类已具备相当高的科技水平,但对于地球内部还知之甚少。这主要是因为地球内部处于强的高温高压状态,并且成分复杂,科学工作者们无法直接探测地球内部的组成,大部分对于地球内部理解来源于地震波数据的收集,和模型推演等。近年来随着计算机技术的飞速发展,理论计算模拟得到了极大的推广和应用,理论结构预测方法和软件可以有效探索矿物在极端条件下的微观结构,有助于从地球高压物理角度出发,计算模拟矿物的物理性质。本文依据课题组自主研发的结构预测软件(CALYPSO),结合第一性原理分子动力学方法,探索讨论了地球内部温压条件下铁氧氦和铁氧氦氢矿物的高压相结构和物理性质,获得了如下创新性成果。1,由火山热点处喷发的物质以及同位素的分析可知地球内部存在原始氦库,但其物质结构和存在形式未知。为解决上述问题,研究人提出了探索大量地球内部矿物(如FeO₂,Mg O,Si O2,Mg Si O3等)与氦发生可能发生化学反应及其可以生成稳定高压相结构的方案,发现了在核慢边界压强和温度条件下FeO₂He可以稳定存在,而且计算的FeO₂He的纵波波速和横波波...

【文章页数】：90 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
内容提要
中文摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 高压科学的发展
    1.2 高压下物质的性质改变
    1.3 地球内部高压环境
    1.4 氦元素的研究
    1.5 氢元素的研究
    1.6 本文的选题目的和意义
    1.7 本文的具体结构安排
第二章 理论依据
    2.1 第一性原理
    2.2 绝热近似
    2.3 Hartree-Fock近似
    2.4 Hohenberg-Kohn定理
    2.5 Kohn-Sham方程
    2.6 晶格动力学计算
    2.7 第一性原理结构预测
        2.7.1 粒子群优化算法
        2.7.2 CALYPSO软件介绍
        2.7.3 相似结构的排除
    2.8 分子动力学
第三章 深地幔条件下的含氦化合物FeO₂He
    3.1 研究背景
    3.2 计算细节
    3.3 结果分析和讨论
        3.3.1 结构预测和稳定性分析
        3.3.2 FeO₂He的高温高压稳定性
        3.3.3 化合物电子性质分析
        3.3.4 化合物波速计算以及与超低速区的比较
    3.4 本章结论
第四章 高温高压下Fe-O-H-He物质的研究
    4.1 研究背景
    4.2 计算细节
    4.3 结果和讨论
        4.3.1 结构预测和稳定性
        4.3.2 物质的高温高压稳定性
        4.3.3 均方根位移分析
        4.3.4 波速与超低速区的比较
        4.3.5 相互作用强度分析
    4.4 本章结论
第五章 总结和展望
参考文献
攻读研究生期间公开发表的学术论文
致谢



本文编号：3932426