袁玉全，丁雪枫，吴必达，张高杰，杨玲

(四川理工学院物理与电子工程学院，四川自贡643000)

γ′-Fe4N的结构和热力学性质的第一性原理计算

袁玉全，丁雪枫，吴必达，张高杰，杨玲

(四川理工学院物理与电子工程学院，四川自贡643000)

采用基于平面波模守恒赝势密度泛函理论的第一性原理方法研究了γ′-Fe4N的结构，获得了其零温零压下的晶格常数、常温下的体弹模量以及弹性常数等基本性质参数，其计算结果与其他理论计算结果和实验值符合较好。同时应用准谐德拜模型，成功获得γ′-Fe4N的相对体积、相对晶格常数、体弹模量、热膨胀系数以及热容随着温度、压强的变化关系。

密度泛函理论；准谐德拜模型；热力学性质

引言

铁及合金经氮化处理后形成的间隙合金相，可以大幅度地改善材料的性能，因此，对其机理的研究，引起了人们的极大兴趣。早在20世纪50年代就有人开始研究Fe-N化合物，当时的主要目的是想建立磁性与金属-非金属键之间的关系，1971年Kim和Takahashi发现Fe16N2的强磁性之后，研究工作由单纯的物理现象的研究发展到将Fe-N系列推向实际应用，研究的对象主要集中在Fe2N、Fe4N、Fe16N2等几种合金相[1-9]。

钙钛矿结构的γ′-Fe4N相具有面心立方结构，其中N原子占据面心立方结构的γ-Fe相的体心中心位置。虽然该化合物的饱和磁化强度略低于纯铁的饱和磁化强度，但γ′-Fe4N具有抗氧化，耐腐蚀及机械强度高等优点，具有比a″-Fe16N2相更高的热稳定性[10]。

自从Jack首先用x射线衍射研究确定了γ′-Fe4N晶体结构以来，人们相继用电子衍射、核磁共振、穆斯堡尔谱及高压等方法对它进行了系列研究[11]，但关于γ′-Fe4N在高温高压这样的条件下其结构以及热力学性质方面的研究还很少。……