假想 Re?Zr 同质多晶的晶体结构预测与 0 K 稳定性评估：振动、弹性及电子性质

《Materials》：Crystal Structure Prediction and 0 K Stability Assessment of Hypothetical Re3Zr Polymorphs: Vibrational, Elastic, and Electronic Properties

　　

摘要

近期提出了具有立方 Pm-3n 结构的 Re₃Zr。然而，该化合物在 Re–Zr 体系中的其他原子排列方式及其热力学位置尚未得到系统解决。本文结合 CALYPSO 粒子群结构搜索与密度泛函理论，鉴定了五种 Re₃Zr 多晶型，分别具有 Cmcm、Fmmm、Immm、P4/mmm 和 Fm-3m 对称性，并与已报道的 Pm-3n 相进行了系统比较。本研究评估了形成焓、选择相偏凸包、声子色散关系、弹性性质、声速、弹性德拜温度、电子结构及键合特征。在固定组成能量上，五种 CALYPSO 结构均低于 Pm-3n，其中 Cmcm 为最低。 Cmcm 相的形成焓为 ?0.257 eV atom^?1，位于选择相偏凸包之上约 0.042 eV atom^?1，表明其在 0 K 下为低能的亚稳态凸包外候选结构。300 K 和 1000 K 下的从头算分子动力学（AIMD）模拟显示，在所模拟的时间尺度内 Cmcm 框架未出现明显的结构重构。所有六种结构均无虚声子频率，并满足相应的力学稳定性准则。其弹性响应强烈依赖于结构：P4/mmm 具有最大的陈-田硬度估计值和弹性德拜温度，而 Fm-3m 表现出最弱的弹性各向异性。六种多晶型均为金属，费米能级态以 Re-5d 轨道为主导，键合以离域特征为主。本研究的结果为假设的 Re₃Zr 多晶型的未来合成、相鉴定以及有限温度或动力学研究提供了热力学受限的 0 K 参考基准。