近期，固體所物質計算科學研究室曾雉研究員課題組在地球下地幔中Fe²⁺的自旋轉變壓力研究中取得新進展，相關結果發表在Journal of Physics: Condensed Matter (J. Phys.: Condens. Mat. 30(15),155403 (2018))上。

　　地球下地幔(LM)幾乎占據了地球體積的一半，鐵方鎂石(Mg_1-x,Fe_x)O則是下地慢中含量第二的礦物，可視為MgO和FeO的固溶體。隨著外部壓力的增加，鐵方鎂石中Fe²⁺會發生高自旋態(HS)向低自旋態(LS)轉變。這種自旋態的轉變對鐵方鎂石的很多物性都有顯著的影響，例如會出現彈性異常，也反應了地球下地慢地震波的變化。因此，理解Fe²⁺的自旋轉變是闡述高壓下鐵方鎂石物性的一個關鍵。

　　理論研究上考慮到體系的強關聯效應，主要采用局域密度近似加Hubbard U (LDA+U) 充分考慮在位庫倫相互作用。然而在這個體系中U值與壓力、構型和自旋態均有關聯，事實上很難得到自洽的計算結果。此外在LDA+U框架下，也缺失對交換作用的正確描述。

　　為此，課題組采用雜化泛函(HSE)方法研究了鐵方鎂石隨著壓力的物性變化。計算中采用同一套固定的參數，自洽得到了與不同濃度相應的自旋轉變壓力。研究發現：相比于通常采用LDA+U方法，HSE計算的結果與實驗結果更為吻合，尤其在高濃度部分能夠得到與實驗幾乎相同的自旋轉變壓力變化率；HSE方法也為過渡金屬的自旋態轉變計算提供了一種行之有效的計算手段。

　　以上研究得到了國家自然科學基金和NSAF聯合基金的資助。

　　文章鏈接：http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-648X/aab4b5