锆石结构天然硅酸盐的晶格动力学与高压相稳定性
材料科学
2009-05-27 v1
摘要
我们报告了天然硅酸盐MSiO4（M=Zr, Hf, Th, U）各相在压力(P)和温度(T)下相对稳定性的晶格动力学研究，这对于它们作为核废料储存介质的应用具有重要意义。在先前关于ZrSiO4工作的基础上，我们使用可转移的原子间势计算了各相在P和T范围内的吉布斯自由能。由于振动熵与原子堆积之间有趣的相互作用，锆石（体心四方，I41/amd）、白钨矿（体心四方，I41/a）和硅钍石（单斜，P21/n）相出现在不同的P和T条件下。结果表明，对于ThSiO4，在高压下，硅钍石相和白钨矿相分别在高温和低温下更稳定。然而，对于USiO4和HfSiO4，硅钍石相是动力学不稳定的，而白钨矿相作为高压相是稳定的。事实上，计算揭示硅钍石相的稳定性由M原子的离子尺寸决定；该相对含有较小Hf和U离子的硅酸盐不稳定，而对含有较大Th离子的硅酸盐稳定。计算得到的相图与已报道的实验观测结果基本一致。计算得到的结构、声子谱和各种热力学性质也较好地再现了可用的实验数据。发现硅钍石相中对其大振动熵有贡献的低能声子涉及硅酸盐四面体单元的平动运动。
引用
@article{arxiv.0903.3758,
title = {Lattice Dynamics and High Pressure Phase Stability of Zircon Structured Natural Silicates},
author = {Preyoshi P. Bose and R. Mittal and S. L. Chaplot},
journal= {arXiv preprint arXiv:0903.3758},
year = {2009}
}
备注
21 pages, 12 figures