加压Mg-Zn与Al-Zn合金的密度泛函模拟

本文在静态各向同性压力下对Mg-Zn和Al-Zn二元合金进行了理论研究。利用一种结合构型团簇展开方法、蒙特卡洛搜索算法和密度泛函理论（DFT）计算的迭代方法，确定了这些二元体系在初始六方密排（HCP）和面心立方（FCC）晶格上的稳定相。基于64原子模型，结果表明：常压下Mg-Zn二元合金在HCP晶格中最稳定相为$\rm MgZn_3$、$\rm Mg_{19}Zn_{45}$、$\rm MgZn$和$\rm Mg_{34}Zn_{30}$，在FCC晶格中为$\rm MgZn_3$和$\rm MgZn$；而Al-Zn二元在两种晶格所有条件下整个成分范围内均能量不利。在HCP晶格施加各向同性压力时，$\rm Mg_{19}Zn_{45}$在P$\approx$$10$~GPa变为不稳定相，新稳定相$\rm Mg_{3}Zn$在P$\gtrsim$$20$~GPa出现，$\rm Mg_{34}Zn_{30}$在P$\gtrsim$$30$~GPa变为不稳定。对于FCC晶格，$\rm Mg_{3}Zn$相在P$\gtrsim$$20$~GPa微弱接触凸包，而其他稳定相直至$\approx$$120$~GPa保持不变。此外，利用所得DFT结果，计算了若干成分在高达约$\approx$$120$~GPa压力下的体模量。研究结果表明，仅通过施加外部压力即可在$\rm Mg$富集与$\rm Zn$富集的早期团簇间切换。就刚度和抗外部变形稳定性而言，$\rm Zn$富集合金及析出相更有利。