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为探究高压对材料性能的影响，研究人员利用密度泛函理论（DFT）模拟，对 MgSb?O?的结构、热力学、电子、光学及机械性能展开研究。发现其在 0 - 70 GPa 保持四方晶结构，带隙增大并蓝移，弹性模量提升，为光电子器件应用提供理论支撑。
在材料科学的探索版图中，光电子器件的低成本化与性能优化始终是研究者聚焦的核心议题。三金红石结构材料因独特的晶体构造和潜在的光电特性，成为学术界瞩目的 “潜力股”。然而，现有研究大多局限于常压条件下对 MgSb?O?这类三金红石相化合物的性能考察，高压环境下材料的结构演变、电子状态跃迁及力学行为变化等关键科学问题，仍如蒙着面纱的谜题，亟待揭开 —— 高压作为一种极端物理条件，不仅可能诱发材料的相转变，还会显著改变其能带结构、光学响应和机械强度，这些特性对光电子器件的设计与应用至关重要。
为填补这一研究空白，来自阿尔及利亚穆罕默德?希德?比斯克拉大学（Mohamed Khider University of Biskra）的研究团队，将目光投向 MgSb?O?这一具有半导体特性的三金红石相化合物（众多同类结构材料呈现金属性，而半导体特性使其在光电子领域更具应用潜力），开展了系统的高压物理性质研究。相关成果发表在《Inorganic Chemistry Communications》，为该类材料在极端条件下的应用开辟了理论新路径。
研究者采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算，借助 CASTEP 代码，在 0 至 70 GPa 的压力区间（以 10 GPa 为增量），对 MgSb?O?的结构、热力学、电子、光学及机械性能展开深入剖析。计算过程中，采用投影缀加平面波（PP - PW）方法描述电子与离子实的相互作用，并通过广义梯度近似（GGA）的 Perdew - Burke - Ernzerhof（PBE）泛函处理交换关联效应，同时通过声子谱计算验证材料在高压下的动力学稳定性。
结构性能：高压下的 “骨骼” 重塑
通过优化晶体结构发现，常压下 MgSb?O?的晶格参数与实验数据高度吻合。随着压力递增，晶格参数（a、c 轴）和晶胞体积呈单调递减趋势，展现出典型的 “高压压缩” 行为。值得注意的是，在整个压力范围内，材料始终保持四方晶系 P4?/mnm 空间群结构，未发生相转变，说明其晶体结构在高压下具有较强鲁棒性。键长分析表明，Sb - O 和 Mg - O 键长均随压力增加而缩短，进一步印证了高压对原子间相互作用的强化效应。
热力学特性：能量与热行为的高压印记
热力学计算揭示了 MgSb?O?在高压下的能量状态与热响应特征。焓（H）、自由能（G）随压力升高单调增加，反映出高压环境下体系能量的升高趋势；而等容热容（Cv）、熵（S）和德拜温度（ΘD）则呈现先增后减的非单调变化，表明高压可能通过改变晶格振动模式影响材料的热输运性质。其中，较高的德拜温度（反映晶格振动的特征能量）预示着材料具有较高的熔点，这为其在高温高压环境下的应用提供了热力学依据。
电子结构：能带的 “跃迁之旅”
基于 GGA - PBE 泛函的电子态密度（DOS）和能带结构计算表明，MgSb?O?为直接带隙半导体，带隙起源于 Γ 点的价带顶至导带底跃迁。随着压力从 0 GPa 增至 70 GPa，带隙值从约 [具体数值需原文补充] eV 逐步增大至 [具体数值需原文补充] eV，呈现显著的 “压致带隙展宽” 现象，且带隙位置向紫外光谱区域偏移（蓝移）。这一特性意味着通过调控压力可有效调节材料的光电响应范围，为设计可调谐光电子器件提供了理论参数。
光学性能：与光共舞的高压变奏
光学性质计算涵盖介电函数、吸收系数、反射率、电导率和折射率等关键参数。结果显示，高压导致介电函数的实部和虚部峰值位置向高频方向移动，吸收边蓝移，表明材料对紫外光的响应增强。反射率和电导率随压力增加呈现上升趋势，反映出高压下材料电子跃迁概率和电荷输运能力的变化。这些光学参数的压力依赖性，为 MgSb?O?在高压光学传感器、紫外探测器等领域的应用提供了设计窗口。
机械性能：刚柔并济的高压启示
弹性常数计算表明，MgSb?O?在高压下的 bulk modulus（体积模量）、Young’s modulus（杨氏模量）和 shear modulus（剪切模量）均随压力升高而增大，表明材料的刚度和抗形变能力显著增强。泊松比（ν）和 Pugh 比（B/G，衡量材料脆韧性的指标）的压力演化显示，当压力超过某一临界值时，Pugh 比大于 2.1，材料从脆性向延展性转变，这一特性对高压下材料的加工成型和器件制备具有重要指导意义。此外，各向异性因子随压力变化显著，表明高压可诱导材料力学行为的各向异性偏离，为功能器件的取向设计提供了依据。
这项研究首次构建了 MgSb?O?在高压环境下的多维度物理性质理论框架，揭示了压力作为调控旋钮对材料结构 - 性能关系的深刻影响。从基础科学层面看，研究结果丰富了三金红石相化合物的高压物理数据库，为固态理论中压力效应的研究提供了典型案例；从应用前景考量，明确了 MgSb?O?在高压光电子器件、极端环境传感器等领域的潜在价值，为其进一步的实验合成与器件研发奠定了理论基石。未来研究可结合高压实验技术，对理论预测的结构演变和性能参数进行验证，推动该材料从理论走向实际应用的跨越。
