基于 metadynamics 的 coesite 致密化动力学路径
摘要
我们研究了将 coesite 压缩至 35 GPa 以上的压力，这远高于平衡态向八面体相的转化压力 (8 GPa 至 stishovite)。室温下实验显示，在 30 GPa 以下， metastable coesite 结构仅发展出轻微位位变变化 (coesite-II 和 coesite-III)，而 Si 原子保持 4 配位。超过 30 GPa，重构转化开始，遵循与 coesite 复杂结构不同的路径。除了无定形化外，观察到两种不同的晶体结果。一种是形成有缺陷的高压八面体相 (Hu 等，2015)，另一种是形成 unusual 和复杂的稠密相 coesite-IV 和 coesite-V，其中 Si 原子处于 4 配位、5 配位和 6 配位 (Bykova 等，2018)。从结构上捕获这些转化路径具有挑战。本文表明，采用 Si-O 配位数和体积作为通用集变量的 metadynamics，结合基于机器学习的 ACE 势能 (Erhard 等，2024)，自然观察到所有三种提及的路径，导致实验中观察到的相。我们描述了沿转化路径的原子机制。虽然通往 coesite-IV 的路径更简单，但向八面体相的转化涉及两个步骤：首先，在 O 原子形成 hcp 亚晶格的情况下，Si 原子占据八面体位置，但八面体链不形成规则模式。在第二个步骤中，Si 原子有序排列，链更有序地发展。我们预测，coesite-IV 的路径在室温下优先，而在 600 K 时，形成八面体相的可能性更大。
引用
@article{arxiv.2508.19716,
title = {Kinetic pathways of coesite densification from metadynamics},
author = {David Vrba and Roman Martoňák},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.19716},
year = {2025}
}
备注
8 pages and 9 figures. For the Supplemental Material, please look into the source .zip archive. The following article has been accepted by The Journal of Chemical Physics. After it is published, it will be found at https://pubs.aip.org/aip/jcp