高壓下MgN8晶體結構理論模擬與物性研究

繆 宇，劉思遠，馬雪姣，金哲學

（1延邊大學理學院，吉林 延吉 133000；2延邊大學工學院，吉林 延吉 133000）

隨著材料科學研究的深入，研究者們對材料的研究不再局限于常壓范圍，開始更多地關注高壓下材料的結構和物理性質。在高壓作用下，晶體的體積被壓縮，原子間的間距變小，電子軌道發生變化，甚至原子的周期性排列也會改變，使晶體結構發生相變[1-3]。晶體結構在高壓環境下具有較為豐富的相變序列，許多常壓下無法合成的材料可在高壓環境下合成，因此利用高壓技術，可以豐富人們對物質世界的認識[4-5]。

高壓下聚合氮以及氮化物的物理、化學性質受到較多關注。將氮作為媒介來合成不同結構的含氮材料是研究聚合氮及氮化物的基礎[6-8]，如利用氮單質在高溫高壓環境下合成立方氮[9]，利用氮元素和其他元素合成具有超硬性質的化合物等[10]。在氮的化合物中，金屬氮化物的潛在應用價值巨大，如超導材料[11]、特殊化學制品[12]、熱穩材料、高能量密度材料和超硬材料等[13-14]。針對金屬氮化物的研究也愈發廣泛。

對于堿土金屬氮化物的理論研究較多。Be3N2的晶體結構研究結果表明，兩個晶體結構的維氏硬度分別為51 GPa和54 GPa，說明兩種結構的Be3N2是潛在的超硬材料[15]。在高壓下發現Ca與N的多個配比結構，得出CaN3的C2/c結構中N原子形成孤立的六環；進一步對鍵長和鍵級進行計算，發現該結構的CaN3是潛在的高能量密度材料[16]。Mg3N2在高壓下具有豐富的物理性質。研究發現，H2分子很容易在τ-Mg3N2、α-Mg3N2和α′-Mg3N2相的表面分解為H原子并進入材料內部，說明Mg3N2是潛在的儲氫材料[17]。……