单质Si晶格稳定性的第一原理研究

摘要

采用SGTE纯单质数据库中Gibbs能的表达式,结合JANAF热力学数据,采用最小二乘法对SGTE纯单质数据库中元素Si的Gibbs能表达式进行了重新评估,得到了比SGTE数据库更精确的结果;同时,将SGTE数据库中CALPHAD方法得到的晶格稳定参数外推至0 K,与第一原理总能赝势平面波和投影缀加波方法的结果进行了对比,发现第一原理总能赝势平面波方法得到的晶格稳定参数结果为△Gfcc-diamond＞△Ghcp-diamond＞△Gbcc-diamond＞0,与CALPHAD方法外推结果一致.同时,研究发现:第一原理总能平面波赝势方法计算的diamond-Si的晶格常数和原子体积比实验值大,fcc-,hcp-和bcc-Si的结果比第一原理投影缀加波方法的小,总能绝对值出现了类似的结果;四种结构中所有的价态电子密度分布到0至-15 eV区间,部分s态电子转化为p态电子,其中diamond-Si的转化数目最多,结构最稳定,这与电子态密度的计算结果一致.