Fe-Si合金的序-无序：对地球内核地震各向异性和热力学演化的启示
材料科学
2025-12-01 v1 地球物理
摘要
理解地球内核的结构和动力学对于约束其成分、热力学演化和地震属性至关重要。硅很可能是地球核心的主要成分。利用第一性原理分子动力学和热力学建模，我们研究了在高压高温下Fe-Si合金的结构、弹性和输运性质。通过计算B2、hcp、fcc和bcc固溶体的吉布斯自由能，我们构建了适用于地球内核的Fe-Si相图。我们的结果显示，在6000 K时，hcp与B2 Fe-Si之间存在显著的 miscibility gap，即两种相在6-11 wt% Si的组成范围内共存。B2 Fe-Si合金表现出强大的单晶剪切各向异性（在6000 K时为22.9%），与接近各向同性的hcp相（0.6%）形成鲜明对比，产生的剪切波速度（3.73 km/s）和泊松比与地震学观测值一致。此外，计算得到的输运性质显示，B2 Fe-Si相对于纯铁或hcp Fe-Si在内核条件下的热导率显著降低。这些结果表明，地球内核可能由多相组成，其分布和晶体纹理对其地震和热力学性质具有决定性影响。
引用
@article{arxiv.2511.22899,
title = {Order-Disorder in Fe-Si Alloys: Implications for Seismic Anisotropy and Thermal Evolution of Earth's Inner Core},
author = {Cong Liu and Xin Deng and R. E. Cohen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.22899},
year = {2025}
}