Nature Commun：从头算分析液体Ga的相图和晶化等物理化学性质
纳米技术
2020-06-01
Ga元素具有多种吸引人的特性，比如非常低的熔点、密度异常、并且电子结构中同时具有共价性和金属性。为了对其中的问题进行研究，西北工业大学Haiyang Niu、苏黎世联邦理工学院Michele Parrinello等通过从头算方法对质量相互作用势描述，在多热多压模拟中进行一系列DFT计算。作者对液态的Ga中α-Ga，β-Ga，Ga-II进行描述。并且得到的液态Ga相图和实验结果非常符合。此外，作者发现了亚稳态的β-Ga在动力学上优于稳定的α-Ga相。作者为实验中观测到的极端冷液态Ga提供了解释。
作者结合多种计算化学方法对Ga进行计算，构建了Ga的NN力场，发现了其中的复杂成键和结构，同时对固态α-Ga，β-Ga，Ga-II的熔点、晶格参数、熔化焓进行性质分析。此外，作者得到了大范围的温度和压力中的Ga相图。作者对α-Ga，β-Ga的成核过程进行研究，结果显示温度达到174 K，得到亚稳态的β-Ga。结晶过程中的成核能非常高，因此Ga的结晶过程较难，解释了实验中观测到的液体超冷Ga。
参考文献
Haiyang Niu*, Luigi Bonati, Pablo M. Piaggi & Michele Parrinello*
Ab initio phase diagram and nucleation of gallium，Nature Commun. 2020, 11, 2654.
DOI：10.1038/s41467-020-16372-9
https://www.nature.com/articles/s41467-020-16372-9
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