Fe-3.24％Si的状态方程和声速的第一性原理计算:地球内核Si元素的约束

摘要：

硅(Si)被认为是地球内核的主要轻元素,但其在内地核中的含量仍然存在争议.为了探索内地核中Si的含量,应用第一性原理方法对Fe-3.24％Si(Si的质量分数为3.24％)进行了研究.构造了4种Fe-3.24％Si的超晶胞,研究了不同的晶胞大小和自旋对优化结构的影响.结果表明:在100 GPa以上,自旋对Fe-3.24％Si的密度无影响;而在100 GPa以下,考虑自旋时的计算结果更接近实验值.基于0 K下的声速、状态方程和相关热力学参数,计算了Fe-3.24％Si在内地核条件下的密度和声速.研究发现:Fe-3.24％Si的密度低于纯铁的密度,略高于内地核的密度;纵波声速及剪切波声速与纯铁的声速很接近,但均明显高于内地核声速,因此排除了内地核含有大量Si元素的可能性.

关键词：Fe-3.24、Si、第一性原理计算、状态方程、声速、内地核

所属期刊栏目：33

分类号：O521.2(高压与高温物理学)

资助基金：国家自然科学基金41874103;中央高校基本科研经费2017IB013, 2018IB009, 2018B011

在线出版日期：2019-12-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：1-9