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第一性原理研究硫化镉高压相变及其电子结构与弹性性质
第一性原理研究硫化镉高压相变及其电子结构与弹性性质
摘要：硫化镉是一种重要的半导体材料，其在高压下的相变行为对其性质与应用具有重要影响。本文通过第一性原理计算方法，研究了硫化镉在高压下的相变规律，并分析了相变对电子结构和弹性性质的影响。结果表明，在高压下，硫化镉经历了从闪锌矿结构到钠氯化钠结构的相变，并且相变过程伴随着结构的改变、电子结构的重构以及弹性性质的变化。本研究对于深入理解硫化镉的高压行为以及指导相关应用具有重要意义。
1.引言
硫化镉是一种广泛应用于光电器件、太阳能电池等方面的重要半导体材料。在现有的研究中，人们发现硫化镉在高压下会发生结构相变，从而导致其性质的改变。因此，研究硫化镉在高压下的相变行为以及相变对其性质的影响具有重要意义。
2.方法
本研究采用了第一性原理计算方法，基于密度泛函理论(DFT)和广义梯度近似(GGA)，使用VASP软件进行计算。计算中采用了平面波基组和赝势方法，并考虑了自旋极化效应。对于弹性性质的计算，采用了声子谱方法。计算中考虑了不同压力下的晶格参数、缺陷能量、能带结构以及声子谱等性质。
3.高压相变
通过对硫化镉在不同压力下的晶格常数进行计算，可以得到其压力-晶格参数曲线。据此，我们了解到在一定压力范围内，硫化镉经历了从闪锌矿结构到钠氯化钠结构的相变。随着施加的压力的增加，相变发生的压力也随之增加。通过计算晶格常数和晶格参数的变化，可以进一步了解相变过程中晶格的变化规律。
4.电子结构
相变过程中，硫化镉的电子结构也会发生变化。通过计算能带结构和态密度，可以发现在相变过程中，硫化镉电子结构发生了重构。相变前后的能带结构及态密度图表明，随着压力的增加，硫化镉的电子结构发生了明显变化。这些变化可能与晶格的畸变、原子之间的相互作用等因素有关。
5.弹性性质
为了研究硫化镉在高压下的弹性性质，我们通过声子谱计算了其弹性常数。结果表明，硫化镉在相变过程中的弹性性质发生了显著变化。在相变点处，硫化镉的弹性常数发生了突变，这可能与晶格结构的改变有关。此外，在不同压力下，硫化镉的弹性常数也呈现出非线性的变化规律。
6.讨论与展望
通过第一性原理计算方法，本研究研究了硫化镉在高压下的相变规律以及相变对其电子结构和弹性性质的影响。结果表明，在高压下，硫化镉经历了从闪锌矿结构到钠氯化钠结构的相变，并且相变过程伴随着结构的改变、电子结构的重构以及弹性性质的变化。这些研究结果对于指导硫化镉的高压应用具有重要意义。未来的研究可以进一步研究硫化镉在不同温度下的高压行为，以及相变对其光电性质的影响。