基于特殊准随机结构模型的顺磁性奥氏体相的第一性原理研究

胡宇豪，魏 然，侯廷平，林恒福，王红鸿，吴开明

(1. 武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室，湖北 武汉，430081；2. 武汉科技大学高性能钢铁材料及其应用省部共建协同创新中心，湖北 武汉，430081；3. 武汉科技大学理学院，湖北 武汉，430065)

常温常压下铁的基态是铁磁性bcc相，当温度升高至超过居里点时，其转变成顺磁性bcc相，继续升高温度则转变为顺磁性fcc相，即奥氏体相[1-2]。奥氏体相作为高温相，有一些基本物理参数不容易直接通过实验获得。目前，普遍采用的计算方法是基于密度泛函理论的第一性原理，其主要用于研究多电子体系结构，适用于基态和0 K、0 Pa条件下材料微观物理参数的计算。

已有研究表明，fcc Fe的基态是双层反铁磁结构[3-5]，但奥氏体在工作状态是顺磁性结构。顺磁性结构磁性弱、磁矩分布复杂，研究时普遍将其视作无磁性结构来处理，即不考虑自旋极化。顺磁性实质是体系中某原子或基团含有没有完全抵消的磁矩，而磁矩之间的相互作用远小于热动能，故磁矩整体呈现无序排列状态，使材料不能形成自发磁化。由此看来，若采用忽略自旋极化作用的方式来模拟顺磁性fcc结构，则会影响材料参数计算结果的准确性[6]。而传统的第一性原理计算方法适用于研究周期性结构，无法构建奥氏体相的顺磁性结构。

特殊准随机结构(Special quasi-random structure，SQS)模型最早由Zunger等[7]提出，最初应用于计算半导体和过渡金属合金的热力学和光学性质等[8-9]。该方法的基本思想是，在一定大小超晶胞下，找到一个特殊构型，通过匹配团簇关联函数找到最接近随机的构型。……