MgO 熔化曲线的第一性原理模拟

我们使用基于密度泛函理论的第一性原理计算，分别采用局域密度近似（LDA）和广义梯度纠正（GGA），并采用投影缀写波方法，模拟了在压力范围 $0\le p \le 135$ GPa 内固态和液态 MgO 的直接共存。计算得到的 LDA 零压力熔化温度为 $T_m^{\rm LDA} = 3110 \pm 50$ K，与实验数据良好一致。计算得到的 GGA 零压力熔化温度 $T_m^{\rm GGA} = 2575 \pm 100$ K 显著低于 LDA 值，但在高压下，GGA 与 LDA 熔化曲线之间的差异大大减小。LDA 计算的零压力熔化斜率为 $dT/dp \sim 100$ K/GPa，比当前可用的实验值（Zerr and Boehler, Nature {\bf 371}, 506 (1994)）高出三倍以上。随着压力增加，熔化曲线与实验曲线出现显著偏离。在核心 mantle 边界压力为 135 GPa 时，MgO 熔化温度为 $T_m = 8140 \pm 150$ K。