高压下铷氟化合物结构与性质的理论研究

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随着高压实验技术和基于第一性原理晶体结构预测方法的发展,许多非常规化合物陆续被理论预测和实验合成,这些化合物表现出独特的物理化学性质。我们采用第一性原理计算方法结合随机结构搜索方法,对高压下Rb-F化合物的稳定配比、晶体结构、电子性质及化学键性质进行了系统的研究,发现了若干个新型的铷氟化合物,得到了以下创新性研究成果:(1)在0~300 GPa压力范围内,我们预测了多个热力学稳定的新型化合物Rb F2、Rb F3、Rb F4和Rb F5。在这些化合物中,容易形成F3、F4、F5的同核键。通过ELF和COHP计算,确定了F-F键的成键类型为共价键,发现了在R-3m-Rb F3中存在的线性[F3]-单元,在Pnma-Rb F3和C2/m-Rb F4存在的非线性[F3]-单元,在Pbam-Rb F2中存在的线性[F4]2-单元,在Pnma-Rb F5中存在V型对称的[F5]-单元。电子结构计算表明,除了Rb F2的Fd-3m结构为金属外,其他稳定结构都是绝缘体,并且F的2p轨道在费米能级上起着重要作用。有趣的是,化合物Rb F5可以在常压下稳定存在,这将会刺激实验做进一步的研究。(2)在1~5 TPa超高压范围内,我们预测了多个稳定和亚稳的新型化合物Rb F2、Rb F6、Rb F7和Rb F8。通过键长分析、COHP和ELF计算得知,这些化合物中铷的内层p电子都参与成键,形成了Rb–F共价键。Bader电荷分析显示铷原子在Rb Fn(n=2-7)化合物中呈现高氧化态,并且氧化态随着F原子的数目线性增加。另外,我们还探索了Rb F2、Rb F6、Rb F7的超导电性,发现只有Rb F6在3 TPa产生了约12.5 K的超导转变温度。
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