迈向磷酸铁玻璃的原子级理解：基于第一性原理的 DFT 建模及其物理性质研究
材料科学
2025-04-28 v1
摘要
磷酸铁玻璃（IPG）已被提议作为核废料固化、锂电池阳极材料以及生物活性玻璃的未来玻璃材料。在过去十年中，已有尝试提出 IPG 的原子模型，以从原子视角解释其性质并预测其在放射性环境中的行为。本文中，我们力求生成可在密度泛函理论（DFT）框架下处理的 IPG 小规模模型，以研究该材料的电子结构。使用蒙特卡洛（MC）方法生成的初始模型 [S. Singh and S. Chandra, Comp. Mat. Sci., 202, 110943, (2022)] 随后通过第一性原理分子动力学（AIMD）进行退火（1000 K）。这消除了 MC 模型中存在的配位缺陷。该温度下的平衡结构随后使用共轭梯度（CG）优化进行受力弛豫。这种混合方法（MC + AIMD + 0K DFT-CG 优化）产生了良好的 IPG 原子模型，可复现实验观察到的电子带隙、振动态密度（VDOS）、Fe 的磁矩、弹性常数以及光学和介电性质。使用本方法可避免计算昂贵的熔融-淬火模拟，从而允许使用 DFT 精确计算如 IPG 等复杂玻璃的性质。
引用
@article{arxiv.2310.11135,
title = {Towards atomistic understanding of Iron phosphate glass: a first-principles based DFT modeling and study of its physical properties},
author = {Shakti Singh and Manan Dholakia and Sharat Chandra},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.11135},
year = {2025}
}
备注
40 pages, 21 figures, manuscript for journal