凝聚态物理 > 材料科学
[提交于 2025年8月27日
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标题: 从元动力学中柯石英致密化的动力学路径
标题: Kinetic pathways of coesite densification from metadynamics
摘要: 我们研究了柯石英在35 GPa以上的压缩,远超过其向八面体相的平衡转变压力(8 GPa转变为斯石英)。 常温下的实验表明,在30 GPa以下,亚稳的柯石英结构仅发生轻微的位移变化(柯石英-II和柯石英-III),而硅原子保持四配位。 超过30 GPa后,开始发生重构转变,从柯石英的复杂结构沿着不同的路径进行。 除了非晶化外,还观察到了两种不同的晶体结果。 一种是缺陷高压八面体相的形成(Hu等,2015),另一种是柯石英-IV和柯石英-V的异常且复杂的致密相的形成,其中硅原子呈现四配位、五配位和六配位(Bykova等,2018)。 计算上捕捉这些结构转变是一个挑战。 在这里,我们展示了通过使用元动力学方法,结合基于机器学习的ACE势能函数(Erhard等,2024),以硅-氧配位数和体积作为通用集体变量,可以自然地观察到上述三种路径,从而得到实验中观察到的相。 我们描述了在转变路径中的原子机制。 虽然通向柯石英-IV的路径较为简单,但向八面体相的转变涉及两个步骤:首先,形成氧原子的六方密堆积子晶格,其中硅原子占据八面体位置,但八面体链并不形成规则的模式。 在第二步中,硅原子有序排列,链形成更规则的排列。 我们预测,在室温下通向柯石英-IV的路径更占优势,而在600 K时,八面体相的形成更有可能。
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