bcc和fcc结构FeSi合金弹性性质的第一性原理研究

摘要

近年来对月球的组成越来越关注,认为月核可能主要由bcc和fcc结构的Fe和轻元素(Si、C、S、H)组成.本文基于密度泛函理论第一性原理,计算了0～10GPa压力范围内bcc和fcc结构纯Fe及Fe-Si合金(3％Si和6％Si)的弹性性质.3%,6% Si的加入导致bcc-Fe 2.11%~5.54%密度下降，导致fcc-Fe 3.77%~7. 58%的密度下降;Si的加入也极大的影响了bcc和fcc结构的弹性常数，尤其使得bcc-Fe的C44增加了14.05%-30.65% , fcc-Fe的C33、C44分别降低了3.06%-7.46%,6.22%-18.40%;基于Vp-ρ、Vs-ρ关系图发现，Si降低了bcc结构的纵波波速和剪切波速、fcc结构的剪切波速，但对fcc结构的纵波波速影响不大;且在相同密度下fcc-Fe与fcc-Fe-Si合金有相同的剪切波速;Si的掺杂也极大的增加了bcc-Fe和fcc-Fe的纵波波速和剪切波劈裂的各向异性，bcc-Fe-Si合金各向异性对Si含量敏感，但fcc-Fe-Si合金则不敏感。