镧系氮化物弹性性质与光学性质的第一性原理计算

杨晓翠,赵衍辉,刘 芳,罗香怡,肖俊平

(1.白城师范学院 物理学院,吉林 白城 137000;2.吉林大学 超硬材料国家重点实验室,长春 130012)

镧系氮化物具有较好的导电性、高硬度和高熔点等优异的物理化学性质,在反应堆的保护材料、防火材料、光学玻璃和陶瓷材料等领域应用广泛,目前已有许多研究结果.如Vaitheeswaran等[1]从理论上计算了LaN的结构相变和超导电性;Ciftci等[2]利用第一性原理计算了LaN的结构稳定性、弹性和热动力学性质;Ghezail等[3]利用第一性原理研究了LaN的结构和电子性质;Svane等[4]从理论上研究了高压下Ce磷族化合物(CeX,X=N,P,As,Sb,Bi)的电子结构;Lee等[5]在MgO(001)面外延生长出CeN膜;Kanchana等[6]利用从头算方法研究了CeN的电子结构、结构稳定性和晶格动力学性质;Olsen等[7]从理论和实验上研究了CeN的结构稳定性和压缩率;Petukhov[8]利用第一性原理计算了GdN的电子能带结构、体模量和凝聚能等物理性质;Larson等[9]理论计算了GdX(X=N,P,As,Sb,Bi)的电子结构和磁学性质;Leuenberger等[10]测量了GdN薄膜的电子和磁学性质;Aerts等[11]研究了LnN(CeN～YbN)的电子结构;Rukmangad等[12]研究了高压下TbN和CeN的结构相变和弹性性质;Duan等[13]总结了稀土磷族化合物(REX,RE=La～Lu,X=N,P,As,Sb,Bi)的电子、磁学及其输运性质;Granville等[14]从实验和理论上研究了稀土氮化物的Raman光谱.本文采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,研究镧系氮化物的弹性性质、结构稳定性和光学及磁学性质等.

1 计算方法

采用基于密度泛函理论平面波基组的赝势从头算程序CASTEP进行计算[15].在优化结构和计算结构转变时,芯电子与价电子间的相互作用通过Vanderbilt[16]超软赝势(USP)描述,交换关联……