总结：本文系统介绍了DFT计算中压强的物理意义及其对材料性能的影响。压强通过改变原子间距和电子云分布，可显著调控材料的电子结构和物理性质。
文中详细讲解了静水压和非静水压的施加方法，包括VASP中的参数设置。通过ZnSnN₂和TISrF₃的案例分析，展示了压强诱导的相变、带隙调控以及半导体–金属转变等现象。
这些研究为理解高压下材料行为提供了理论基础，并为设计新型功能材料（如高压传感器、光电设备等）提供了重要指导。
在DFT计算的微观世界里，压强扮演着极为关键的角色，它深刻地影响着原子间的相互作用以及电子云的分布。
当对体系施加压强时，原子间的距离会发生显著变化。在高压环境下，原子被强制靠近，原子核之间的库仑排斥力增大，电子云也会被挤压，从而导致原子间的相互作用势能发生改变。
这种变化促使原子重新调整其相对位置，以寻求体系能量的最低状态，进而引发晶体结构的相变，如从一种晶体结构转变为另一种更为紧密堆积的结构。
压强对电子云分布的影响也十分显著。随着压强的增加，电子云的分布范围会被压缩，电子的离域程度发生变化。
在金属体系中，压强会改变电子的费米面形状和态密度分布，进而影响电子的输运性质，如电导率和热导率等；在半导体和绝缘体体系中，压强可以导致能带结构的改变，使带隙变宽或变窄，从而改变材料的光学和电学性质。
例如，在一些宽禁带半导体材料中，施加高压可能会使带隙减小，使其吸收光谱发生红移，甚至有可能使其从绝缘体转变为半导体，展现出特殊的光电性能。
压强还能够影响分子体系中的化学键性质，改变键长、键角以及化学键的强度，从而影响化学反应的活性和选择性，为深入理解高压化学反应机理提供了重要线索。
施加静水压是研究材料在高压条件下物理和化学性质变化的重要手段，其核心在于对晶胞施加各向同性的压力环境。这种压力模拟方式的特点是：在三个正交方向（x、y、z轴）上施加完全相同的压力值，确保晶胞在各个维度上受到均匀的压缩作用。
例如在VASP计算时,在INCAR文件中设置压力参数PSTRESS，采用迭代优化的方法，逐步调整晶胞参数，直至体系能量收敛，此时得到的结构即为在该静水压下的稳定结构。
这种模拟能够精确再现材料在高压环境下的结构演变，包括可能发生的晶格对称性改变（相变）、原子配位数变化以及电子结构重构等现象，为理解高压下材料的弹性性质、相稳定性以及电子态密度变化等关键科学问题提供了理论基础。
在许多实际的物理化学过程中，体系所承受的压力往往并非各向同性的静水压，而是存在着压力方向和大小的差异，即非静水压环境。为了更准确地模拟这种复杂的压力条件，直接调整某一个方向晶格常数，这样可以在某个方向上调整应力。
例如，对于一个具有正交晶系结构的晶体，若要模拟沿x轴方向的单向压力，可以固定y轴和z轴方向的晶格常数b和c，只对x轴方向的晶格常数a进行调整，使其减小或增大一定的百分比，以模拟压缩或拉伸应力。
通过这种方式，可以精确地研究材料在特定方向压力下的响应，如晶体的各向异性力学性质、电学性质以及晶体生长方向的变化等。
此外，还可以采用更复杂的应力分布模型，通过设置不同方向上的应力张量分量，来模拟更为复杂的非均匀应力场，深入探究材料在复杂压力环境下的微观结构和性质变化，为解决实际工程和科学研究中的问题提供更具针对性的理论支持。
DOI: 10.1007/s40843-024-3166-2
加压强在研究结构的电子性质方面具有重要的应用意义，主要体现在以下几个方面：压强可以诱导材料发生相变，从而显著改变其电子结构。如图所示，ZnSnN₂在0GPa和10GPa下表现为直接带隙半导体（带隙分别为1.16eV和1.37eV），而在相变后的Pnnb相（20GPa和60GPa）中转变为间接带隙半导体（带隙分别为1.41eV和1.99eV）。
这种带隙类型的转变源于压强作用下Sn的s和p态在导带底（CBM）以及N的s和p态在价带顶（VBM）的能级重排，导致Γ点附近的电子态分布发生变化。这种调控能力为设计新型光电器件（如太阳能电池）提供了重要参考，因为间接带隙材料通常具有更低的载流子复合率，能够延长载流子寿命，从而提高器件效率。
压强通过改变晶格参数和键合特性，直接影响材料的电子局域化行为和化学键性质。电子局域化函数（ELF）分析表明，在Pna2₁相中，Sn-N键表现出明显的共价特性，而Zn周围则呈现离子性。随着压强增加，Sn-N键的共价性减弱，而在Pnnb相中，六配位的Sn-N键重新表现出共价特征。
这种键合特性的变化进一步解释了相变后材料机械性能（如硬度和脆性）的改变，同时也为理解电子输运性质（如载流子迁移率）提供了微观机制依据。
此外，压强对电子性质的调控还具有潜在的技术应用价值。例如，通过精确控制压强，可以实现对材料带隙大小的连续调节（从1.16eV到1.99eV），这为匹配太阳光谱的宽带吸收或特定波长的光发射器件设计提供了可能。同时，Pmnb相中较高的德拜温度表明其具有更好的热稳定性，适合用于高温或高功率电子器件。
综上所述，施加压强不仅能够揭示材料电子性质与结构之间的内在关联，还为功能性材料的定向设计提供了重要手段。
通过压强诱导的相变和电子结构调控，可以开发出具有特定光电性能的新材料，满足可再生能源、电子器件等领域的需求。这项研究为后续实验合成和器件应用奠定了理论基础，展示了压强在材料科学中的独特价值。
高压调控TISrF₃：从半导体到金属的转变及其光电性能优化
在下图中，通过密度泛函理论（DFT）计算，研究发现压力在0至400GPa范围内显著改变了TISrF₃的结构和性质，揭示了其在极端条件下的行为规律。
施加压力导致晶格参数逐渐减小（从4.953Å降至3.434Å），但材料始终保持立方结构且未发生相变，表明其结构稳定性。这一发现对于理解材料在高压环境下的结构响应至关重要，尤其是在地球物理、行星科学和高压材料合成等领域。
弹性性质的分析显示，TISrF₃在高压下表现出机械稳定性（除特定压力点外），且通过泊松比、Pugh/Frantsevich比和柯西压力等参数证实了其金属键特性和延展性。这些结果不仅为材料的力学性能提供了定量描述，还为设计新型高压功能材料提供了理论指导。
此外，声子色散曲线在400GPa下的动态稳定性进一步支持了材料的高压适应性，表明TISrF₃在极端条件下仍能保持其晶格动力学稳定性。
电子性质的研究表明，压力诱导了半导体–金属的转变：在0至40GPa范围内，带隙略有增加（4.229eV至4.254eV），而在40至400GPa范围内带隙逐渐减小至0eV，实现了从宽带隙半导体到金属的转变。
这种带隙的可调性为高压下的电子器件设计提供了可能，例如在高压传感器、开关材料和量子器件中的应用。
通过分析态密度（DOS）和电子能带结构，研究发现压力的增加导致电子态向费米能级靠近，从而降低了带隙并最终引发金属化。这一现象不仅丰富了我们对压力调控电子结构的理解，还为开发新型高压导电材料提供了理论支持。
光学性质的分析显示，压力显著提升了材料的折射率、吸收率和反射率，尤其是在紫外（UV）区域的强吸收特性使其成为理想的UV滤光材料。静态介电函数和折射率随压力增加而上升，进一步证明了其在高压光电设备中的潜力。
例如，TISrF₃在高压下表现出的高反射率和吸收率使其适用于极端环境下的光学涂层和辐射屏蔽材料。此外，压力诱导的光学性质变化为设计可调谐光学器件（如压力敏感的光学开关和调制器）提供了新的思路。
综上所述，这项研究不仅深入理解了TISrF₃在高压下的物理性质变化规律，还为其在高压光电设备、UV滤光片和功能性材料中的应用提供了理论依据。
通过揭示压力对材料结构、力学、电子和光学性质的调控机制，该研究为高压材料科学的发展奠定了基础，并展示了压力调控在材料设计中的广阔前景。未来，结合实验验证和更复杂的理论模型，可以进一步探索TISrF₃及其他类似材料在极端条件下的性能优化和实际应用。
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