隨著計算機技術的進步,材料的計算和設計已經(jīng)發(fā)展成為一個新興的研究分支�；诘谝恍栽淼挠嬎愕V物物理學也在計算機技術的推動下取得了巨大的進展。基于密度泛函理論（DFT）的第一性原理計算是解決量子力學基本方程的重要途徑之一。密度泛函理論是研究電子結構（基態(tài)）的精確理論,使我們能夠將相互作用的多電子問題簡化為單電子問題。因此基于密度泛函理論,我們可以對多電子系統(tǒng)的哈密頓量進行有效和定量的計算。此外密度泛函理論也是凝聚態(tài)物理學,計算物理學和計算化學甚至地球科學中最流行和最通用的方法。比如在地球科學中,我們能夠使用基于密度泛函理論的第一性原理計算出礦物的狀態(tài)方程（EoS）,熱力學以及礦物的彈性常數(shù)等一系列的物性。地球內部的物質循環(huán)是一個復雜問題,它對地球的結構、性質、演化有著重要的影響。獲取地球內部重要構成礦物在高溫高壓下的彈性性質是解讀地球內部結構和物質組成的重要手段。為提高對地球內部物質循環(huán)的理解,本文對地幔物質循環(huán)中的碳酸鹽和含鋁礦物的熱力學、彈性和波速等性質進行了研究。其中我們對碳酸鹽礦物的研究起源于孫衛(wèi)東研究員等人提出由于金剛石在660公里附近的上部比橄欖巖熔體密度大,在660公里附近... 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：138 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１菱鎂礦的ＰＴ相圖，引自Ｓｏｌｏｐｏｖａ?ｅｔａ］．?（２０１５）

釋放出來的大多數(shù)亞鐵都可以進入林伍德石中，而只有一小部分三價鐵可以放入??鎂鐵榴石中。布里基曼石可以具有０．６或更高的Ｆｅ３＋／Ｔｏｔａｌ?Ｆｅ的比率（Ｆｒｏｓｔ?ｅｔ?ａｌ．，??２００４），而鎂鐵榴石的鐵含量不到４０％（圖１．２Ｂ）（Ｒｏｈｒｂａｃｈｅｔａｌ．，?２００７）。因此，一??旦布里基曼石分解，大量的三價鐵將被釋放。因此，布里基曼石分解過程中釋放??的三價鐵可將金剛石氧化成二氧化碳。菱鐵礦通過ＦｅＯ與（：０２反應形成，菱鎂??礦通過ＭｇＯ與Ｃ０２反應形成。被下行板塊驅逐出的下地幔的物質將至少３００公??里至８００公里深度地區(qū)的地幔氧化，并且這可以保持在一個相對平衡狀態(tài)。這些??富含碳酸鹽的地幔區(qū)域可能是地幔柱或者金伯利巖中碳酸鹽的主要供應者。這能??夠解釋Ｏｆｆｉ相對于ＭＯＲＢ系統(tǒng)地更高的碳含量和氧逸度。??前面提出的一層碳酸鹽層如果存在必然會在過渡帶底部留下痕跡，給上地幔??和下地幔交界處附近的密度和波速等帶來一定的影響。本文使用Ｗｕ?ａｎｄ??Ｗｅｎｔｚｃｏｖｉｔｃｈ?（２０１１）發(fā)展的第一性原理計算彈性的方法，計算得到了地幔中主要??碳酸鹽成分的菱鎂礦在高溫高壓下的彈性，進而可以得到菱鎂礦在地幔溫壓下的??波速和密度。同時利用菱鐵礦和菱鎂礦的波速、密度具有相似的對壓強、溫度的??依賴關系，這樣就有了主要碳酸鹽在地幔溫壓下的波速和密度數(shù)據(jù)。本文將計算??的結果與主要的地幔礦物進行了比較

圖２．１?ＫＳ自洽場計算過程??所謂自洽場（Ｓｅｌｆ－?Ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ?Ｆｉｅｌｄ，?ＳＣＦ）計算就是基于上述性質，為了求解??Ｋｏｈｎ－Ｓｈａｍ方程，首先選取一個初始的試探波函數(shù)奶（／），得出相應的電子密度??分布函數(shù)，然后根據(jù)這個試探電子密度計算Ｈａｒｔｒｅｅ勢能和交換關聯(lián)勢能。代入??到Ｋｏｈｎ－Ｓｈａｍ方程中求解哈密頓矩陣，計算完以后得到一個新的電子密度，將??這個計算新得到的電子密度與原來的電子密度相比較，如果自洽（相同），即得??到基態(tài)電子密度，進一步用其計算體系的總能。但一般情況下是不自洽的，這時??候就產(chǎn)生一個新的電子密度，這個電子密度用原來試探電子密度和新計算出來的??電子密度的平均值或者別的組合形式給出一個新的電子密度再進行計算，這樣可??以加快收斂。如此反復不斷迭代直到達到指定的自洽收斂標準為止。最終計算成??功，這個自洽迭代過程會給出方程的一個自洽解，進而計算體系的總能以及其他??需要的各種物理性質，最終輸出計算結果。具體的ＫＳ自洽場計算過程可見流程??圖?２．１。??

【參考文獻】：
期刊論文
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