Кантор И.Ю., кафедра кристаллографии и кристаллохимии, магистратура
2 г.о.,
научный руководитель - проф. Урусов В.С.
Вюстит FeO является одной из главных фаз мантии Земли, поэтому большое значение
для геологии имеют свойства этого оксида, особенно при высоких давлениях и температурах,
которые существуют на больших глубинах. Экспериментально не всегда возможно
определить свойства минералов при сверхвысоких давлениях, но теоретические предсказания
могут в какой-то мере восполнить этот пробел.
Компьютерное моделирование всегда состоит из двух частей: построение модели
и расчет на основе этой модели требуемых величин. Атомистический метод моделирования
требует найти на первом этапе параметры межатомных потенциалов (т.е. коэффициенты
уравнений, которыми описывают взаимодействие между атомами). После того, как
найдены такие параметры потенциалов, при которых рассчитанные свойства кристалла
совпадают с измеренными, необходимо проверить, насколько универсальна эта модель
- будет ли она работать в других условиях (например, при высоких давлениях)
и других химических соединениях.
 |
| Рис.1 |
При нормальных условиях вюстит имеет простую кубическую структуру типа NaCl
(структурный тип B1, рис. 1). При росте давления в вюстите наблюдается ромбоэдрическое
искажение кубической структуры, связанное с вытяжением кубической ячейки вдоль
одной из тройных осей (структурный тип rB1). Этот переход является полиморфным
переходом второго рода, он не сопровождается ни заметными структурными перестройками,
ни скачкообразным изменением объема и модуля сжатия. При давлении около 100
ГПа (такое давление соответствует давлению в средней и нижней мантии Земли)
B1 фаза FeO переходит в структурный тип B8 (структура NiAs, рис. 3). Структура
кристалла заметно изменяется, и этот переход является классическим полиморфным
переходом первого рода и сопровождается скачкообразный уменьшением мольного
объема.
Проведенное компьютерное моделирование позволило воспроизвести оба полиморфных
переходов вюстита FeO, найти параметры уравнения состояния FeO и рассчитать
барическую зависимость упругих постоянных вюстита (весьма хорошо совпадающую
с имеющимися экспериментальными данными), что имеет большое значение для геофизических
данных о строении и составе глубинных геосфер Земли и подтверждает корректность
использованной модели.
 |
| Рис.2 |
 |
| Рис.3 |
|
