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α-,β-和γ-Si3N4高压下的电子结构和相变:第一性原理研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O561.2[理学—原子与分子物理;理学—物理]
  • 作者机构:[1]信阳师范学院物理电子工程学院,信阳464000
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:11005088,11105115)、河南省基础与前沿技术研究计划项目(批准号:112300410021)和河南教育厅项目(批准号:12A140010)资助的课题.感谢M.A.Blanco教授及其课题组提供的Gibbs程序.
中文摘要:

本文采用第一性原理框架下的赝势平面波方法结合振动类德拜模型研究了α-,β-和γ-Si3N4在高温下的点阵常数,弹性常数和弹性模量.研究发现三种同质异相体的体模量都很高.β-Si3N4在低温下表现出脆性,在高温下则表现出延展性.γ-Si3N4在低温和高温下都是脆性的共价化合物.β→γ相变的相界斜率为正值,说明在较高温度时合成γ-Si3N4所需的压强也较高.α→τ相变的相界可以表示成P=16.29—1.835×10-2T+9.33945×10-5T-2.16759×10-7T3+2.91795×10-10T4.本文还分析了Si3N4同质异相体在高压下的态密度和能带.在α-Si3N4中主要是Si-s,P和N-s,P的轨道杂化对晶体的稳定性起作用.α和β-Si3N4都具有ГV-ГC类型的间接带隙(分别是4.9eV和4.4eV)而γ-Si3N4具有直接带隙(3.9eV).研究还发现α—Si3N4和β-Si3N4的价带顶分别沿着,Г-M和,Г-A方向.本文的计算结果和已有的实验数据是一致的.

英文摘要:

The high-temperature lattice constants and elastic moduli of the silicon nitrides are calculated using the plane-wave pseudo- potential method combined with the vibrational Debye-like model. β-Si3N4 is ductile at low temperature and brittle at high temperature. γ-Si3N4 is found to be brittle and covalent in nature. We find a positive slope of the β→γ phase boundary, hence, at higher temperatures it requires higher pressures to synthesize γ-Si3N4. The α→γ phase boundary may be expressed as P = 16.29 - 1.835 × 10-2T + 9.33945×10-5T2 - 2.16759×10-7T3 + 2.91795×10-10T4. We also obtain the electronic structures and energy bands of Si3N4 with and without pressure. The interaction between Si-s, p and N-s, p plays a dominant role in the stability of α-SiaN4. The α- and β-Si3N4 have the ГV-ГC indirect band gaps (4.9 eV and 4.4 eV) while γ-Si3N4 has a direct band gap(3.9 eV). The tops of the valence bands for α- and β-Si3N4 are along the Г-M and Г-A direction, respectively, Our results are consistent with the experimental data and the theoretical results.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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