Abstract We investigated the crystal structure, electronic structure, elastic stiffness constants, responses to tensile and shear deformations, lattice vibrational modes as well as vibration heat capacity and vibration entropy of the orthorhombic YSi compound using ab initio approach. The relaxed ground-state lattice constants a, b and c of YSi exhibit fair agreement with the available experimental and theoretical data. Nine independent elastic stiffness constants have been computed by increasingly varying minute strains based on “energy-strain” approach, which confirm that the orthorhombic YSi is mechanically stable. Some polycrystalline moduli involving bulk modulus, Young's modulus and shear modulus, Poisson's ratio, brittle/ductile characteristic have also been systematically derived, and YSi can be classified as brittle compound. Both three-directional Young's modulus anisotropy and bulk modulus anisotropy are calculated in detail, and the calculations indicate that the orthorhombic YSi takes on significant elastic anisotropy. We further studied the theoretical tensile and shear strengths under different loads. Also, the phonon spectra, total and partial phonon densities of states are researched by employing Density Functional Perturbation Theory (DFPT) and the finite-displacement method, and the infrared-active and Raman active vibration modes at the center of Brillouin zone are classified using the group theory. Moreover, we predicted the constant volume heat capacity of YSi under high temperature relying on the calculated phonon densities of states as well as quasi-harmonic approximation (QHA) and Debye model.

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正交晶系 YSi 的电子特性、各向异性弹性、理论强度和晶格振动模式

摘要 我们使用从头算方法研究了正交晶系 YSi 化合物的晶体结构、电子结构、弹性刚度常数、对拉伸和剪切变形的响应、晶格振动模式以及振动热容和振动熵。YSi 的松弛基态晶格常数 a、b 和 c 与可用的实验和理论数据表现出相当的一致性。基于“能量-应变”方法，通过不断变化的微小应变计算了九个独立的弹性刚度常数，这证实了正交 YSi 是机械稳定的。一些涉及体积模量、杨氏模量和剪切模量、泊松比、脆/韧特性的多晶模量也被系统地推导出来，YSi 可归类为脆性化合物。详细计算了三向杨氏模量各向异性和体积模量各向异性，计算表明正交晶系YSi具有显着的弹性各向异性。我们进一步研究了不同载荷下的理论拉伸和剪切强度。同时，利用密度泛函微扰理论(DFPT)和有限位移方法研究了声子谱、全态和部分声子密度，并对布里渊区中心的红外主动和拉曼主动振动模式进行了分类。群论。此外，我们根据计算的声子态密度以及准谐波近似（QHA）和德拜模型预测了高温下 YSi 的定容热容。详细计算了s模量各向异性和体积模量各向异性，计算表明正交晶系YSi呈现显着的弹性各向异性。我们进一步研究了不同载荷下的理论拉伸和剪切强度。同时，利用密度泛函微扰理论(DFPT)和有限位移方法研究了声子谱、全态和部分声子密度，并对布里渊区中心的红外主动和拉曼主动振动模式进行了分类。群论。此外，我们根据计算的声子态密度以及准谐波近似（QHA）和德拜模型预测了高温下 YSi 的定容热容。详细计算了s模量各向异性和体积模量各向异性，计算表明正交晶系YSi呈现显着的弹性各向异性。我们进一步研究了不同载荷下的理论拉伸和剪切强度。同时，利用密度泛函微扰理论(DFPT)和有限位移方法研究了声子谱、全态和部分声子密度，并对布里渊区中心的红外主动和拉曼主动振动模式进行了分类。群论。此外，我们根据计算的声子态密度以及准谐波近似（QHA）和德拜模型预测了高温下 YSi 的定容热容。计算表明，正交晶系 YSi 具有显着的弹性各向异性。我们进一步研究了不同载荷下的理论拉伸和剪切强度。同时，利用密度泛函微扰理论(DFPT)和有限位移方法研究了声子谱、全态和部分声子密度，并对布里渊区中心的红外主动和拉曼主动振动模式进行了分类。群论。此外，我们根据计算的声子态密度以及准谐波近似（QHA）和德拜模型预测了高温下 YSi 的定容热容。计算表明，正交晶系 YSi 具有显着的弹性各向异性。我们进一步研究了不同载荷下的理论拉伸和剪切强度。同时，利用密度泛函微扰理论(DFPT)和有限位移方法研究了声子谱、全态和部分声子密度，并对布里渊区中心的红外主动和拉曼主动振动模式进行了分类。群论。此外，我们根据计算的声子态密度以及准谐波近似（QHA）和德拜模型预测了高温下 YSi 的定容热容。利用密度泛函微扰理论(DFPT)和有限位移方法研究了状态的总和部分声子密度，并利用群论对布里渊区中心的红外主动和拉曼主动振动模式进行了分类。此外，我们根据计算的声子态密度以及准谐波近似（QHA）和德拜模型预测了高温下 YSi 的定容热容。利用密度泛函微扰理论(DFPT)和有限位移方法研究了状态的总和部分声子密度，并利用群论对布里渊区中心的红外主动和拉曼主动振动模式进行了分类。此外，我们根据计算的声子态密度以及准谐波近似（QHA）和德拜模型预测了高温下 YSi 的定容热容。