利用MedeA – Phonon 預測ZrO2結構相變

相變是材料的特徵，隨著溫度、壓力等等的變化，材料會呈現不同的形態、特性，微結構可能會發生改變。舉例來說，加熱磁鐵，我們會看到材料的磁性消失；溫度低於一定的值時，許多材料會展現出超導(Superconducting)的特性。結構發生相變是一件很重要的事情，首先不同的相擁有不同的體積，相變時可能有相當大的應力，造成材料破損。另外，不同的相性質可以截然不同，舉最簡單的例子來說，碳的石墨相可導電，而鑽石，卻是半導體；石墨是良好的潤滑劑，而鑽石，卻是最硬的天然材料。

拿常見的耐火材料二氧化鋯來說，其常溫時為單斜晶系(Monoclinic)；大約在攝氏1500度左右，結構會轉變成四方晶系(Tetragonal)，如圖一所示。

我們可以利用自由能的觀點來探討材料的許多性質，如熔點、結構相變，利用MedeA – PHONON的強大功能，可以預測材料的熱力學性質、聲子震動穩定性、膨脹係數等等。我們從圖二可以看到，使用常用的PBE泛函，利用MedeA – PHONON的預測，我們可以預測結構相變。若我們考慮材料膨脹下，預測出來的結果大約是1700度。接近實驗值。如果使用更精準的交換關聯泛函，我們預期可以得到更準確的結果。

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圖一: 二氧化鋯之相圖(資料來源: Materials Design, Inc.)

圖二：二氧化鋯相轉換預測圖(資料來源: Materials Design, Inc.)