Ca5N4高压新相的第一性原理研究

摘要

cqvip:通过在氮中引入杂质离子,利用高压手段获得具有新奇结构的多氮化合物是目前被广泛应用的研究方法.钙氮材料在催化、光电方面有着广泛的应用.具有较低电离能的钙(Ca)元素很容易和氮原子形成离子键钙氮化物.高压为寻找新型钙氮化合物提供了全新的技术途径.因此,利用高压方法,通过改变配比的方式,寻找具有新奇特性的钙氮高压结构,是一项非常有意义的工作.本文利用基于密度泛函理论的结构搜索方法,在100 GPa条件下,通过预测得到了一个稳定的Ca5N4相.该结构内部氮原子之间以N-N共价单键键合,氮原子和钙原子之间是离子键相互作用,且钙氮之间的电荷转移量为1.26 e/N atom.能带结构计算表明P 21/c-Ca5N4是一个直接带隙为1.447 eV的半导体结构.最后,系统地给出了该结构的拉曼振动光谱,并指认了拉曼振动模式,为实验合成该结构提供了理论指导.