无水硫酸镁的新压力诱导多晶型转变

通过密度泛函理论（DFT）计算，我们理论上研究了压力对硫酸镁三种已知多晶型晶体结构的影响，压力范围高达 45 GPa。我们确定，在环境条件下，γ-MgSO₄ 是一种不稳定多晶型，会分解为 MgO 和 SO₃，而其他两种多晶型对静水压力的响应是非各向同性的。此外，我们发现在所有压力下，β-MgSO₄ 的焓均大于 α-MgSO₄。这表明 β-MgSO₄ 相对于 α-MgSO₄ 在热力学上是不稳定的，并预测在适度压缩下会发生 β→α 相变。我们的计算还预测在压力下存在向两种新的 MgSO₄ 多晶型的额外相变，我们将它们命名为 δ-MgSO₄ 和 ε-MgSO₄。预测 α→δ 转变发生在 17.5 GPa，δ→ε 转变发生在 35 GPa，这些压力在当今实验中很容易实现。所有预测的结构转变均被表征为一级相变。这表明它们可能是不可逆的，因此新的多晶型可以作为亚稳多晶型在环境条件下回收。本文报道了这两种新多晶型的晶体结构。在它们中，硫的配位数与先前已知的多晶型一样为四，但镁的配位数为八而非六。在本文中，我们将报告 MgSO₄ 四种多晶型的轴向和键压缩率。还给出了每种相的压力-体积状态方程。获得的体弹模量值分别为：α-MgSO₄ 为 62 GPa，β-MgSO₄ 为 57 GPa，δ-MgSO₄ 为 102 GPa，ε-MgSO₄ 为 119 GPa。最后，首次计算了这四种 MgSO₄ 多晶型的电子能带结构。