密度泛函理论研究β,P61, P62和δ-Si3N4 Si3N4材料在极端条件下的电子结构和相变规律

本文主要采用密度泛函理论框架下的赝势平面波方法结合超软赝势计算研究氮化硅半导体材料（新发现的结构: P61和P62相）的晶胞结构、电子结构和弹性性质。计算得到的点阵常数与实验值和前人的理论值符合的相当好。该半导体材料中最强的化学键是N-Si键，N-Si键主要以共价键形式出现，同时含有微弱的离子键特征。研究还发现P61相比P62相更稳定，这是由于P61相中的N-Si键的键长较短，因此共价键更强。接着，本文通过准谐近似方法计算研究了氮化硅半导体的相变规律。在计算过程中考虑了晶格振动、声子效应和非谐效应对体系性质的影响。本文研究发现 β→P61 相变很可能在42.9GPa压强和300K温度下被观测到。另外，以前的实验研究没有观测到 β→P61→δ相变的原因在本文中也进行了讨论。