金红石TiO2中的铁弹不稳定性与CaCl2型相的热力学抑制
材料科学
2026-07-09 v1
摘要
我们研究了CaCl2型（Pnnm）相在金红石TiO2高压相变中的作用，其实验特征一直难以捉摸。虽然与其他金红石型氧化物的类比表明存在这样的中间相，但TiO2通常表现出直接转变为更高配位相，如斜锆石相。利用全电子密度泛函框架结合密度泛函微扰理论，我们表明金红石TiO2在13.5 GPa下经历铁弹不稳定性，其特征是正交应变的产生和双阱能量景观。这种不稳定性与C11 - C12弹性组合的软化和B1g声子模式的凝聚有关，涉及TiO6八面体的协同旋转，将对称性降低到Pnnm结构。尽管存在这种清晰的弹性和动力学路径，但焓计算表明，CaCl2型相相对于金红石仅被弱稳定，并且与竞争的铌铁矿相和斜锆石相相比，在能量上仍然不利。因此，Pnnm相并非作为稳定的高压多形体出现，而是作为瞬态或弱亚稳中间体存在。这些结果表明，CaCl2型相代表了金红石TiO2的内在铁弹响应，但受到热力学竞争的抑制，为其难以捉摸的实验观察提供了一致且统一的解释。
引用
@article{arxiv.2607.08860,
title = {Ferroelastic instability in rutile TiO2 and thermodynamic suppression of the CaCl2-type phase},
author = {Jared Pohlmann and Anjy-Joe Olatunbosun and Kenneth Park},
journal= {arXiv preprint arXiv:2607.08860},
year = {2026}
}