一般应力张量下固-固结构转变中的变形、晶格不稳定性与金属化：以 Si I -> Si II 为例

采用密度泛函理论（DFT）研究了半导体 Si I（立方 A4）与金属 Si II（四方 A5 结构）之间在一般应力张量作用下的固-固相变（PT）过程中的应力-应变行为、弹性不稳定性与金属化。以分别沿 $\left<110 \right>$、$\left<1\bar{1}0 \right>$ 和 $\left<001\right>$ 方向作用的正应力（$\sigma_1$、$\sigma_2$、$\sigma_3$）规定模拟元胞，我们确定了驱动 Si I$\rightarrow$Si II 相变发生晶格不稳定性以及半导体-金属电子跃迁的 6 个独立应力的组合。金属化先于结构相变发生，因此受应力的 Si I 可以是金属。令人惊讶的是，无应力 Si II 在 DFT 中是亚稳的。值得注意的是，流体静压下的相变压力为 75.81 GPa，而在单轴应力下为 11.03 GPa（或 3.68 GPa 平均压力）。我们的关键结果：如相场方法所发现的，Si I -> Si II 相变由修正相变功的临界值描述，且该相变判据在一般施加应力下仅有两个参数。更一般地，我们的发现对于在可控且可预测的非流体静力加载与塑性变形下揭示新型（且更经济）的高压相（新相或已知相）材料合成路径至关重要。