Seismic wave velocities of rare gas solids through elastic properties in Earth’s lower mantle

Abstract

The expressions for second (SOE) and third order elastic (TOE) constants for rare gas solids are derived for comparative study of elastic behavior within the framework of many body potentials including the effect of pressure. The derived expressions are used to obtain the relations for pressure derivatives of bulk and shear moduli of RGS solids. The values of SOE, TOE constants and pressure derivative of bulk and shear modulus for Ne up to 100 GPa, Ar up to 75 GPa, for Kr up to 136 GPa and Xe up to 53.4 GPa pressure are computed. The results are in agreement with available experimental results. The computed results are then used to analyze the pressure up to high compression and the elastic and seismic wave velocities (P & S) in Earth's deep interior. elastic properties, seismic wave velocities, RGS

Ab initio теория уравнения состояния сжатых кристаллов инертных газов

“…[21]). Выходом за рамки приближений 1 и 3 является использование точной ортогонализации по Левдину в W 2 (12) и учет трехчастичного взаимодействия W 3 (13).…”

“…Для всех кристаллов ряда Ne−Xe расчеты EOS Ви-нета [8] и других авторов [7,12,13], использующие 4 и более экспериментальных параметров, достаточно хо-рошо согласуются с экспериментальными данными (за исключением [45]), особенно для тяжелых КИГ. Ab initio расчеты DFT−LDA [16] также близки к эксперименту (несколько ниже) для всех КИГ в широком интервале давления.…”

“…При комнатной температуре уравнение состояния кристаллического Ne экспериментально изучалось с ис- Теоретические описания изотерм в широкой области давлений основываются на полуэмпирических уравнени-ях состояния с параметрами, определяемыми при нор-мальном давлении [7][8][9][10][11][12][13][14][15]. Наиболее успешным считается уравнение состояния Винета [8], для которого необходи-мо знание 4 параметров: 1) изотермического объемного модуля при нулевом давлении; 2) его производной по давлению; 3) объема при p = 0 и 4) термического расширения при p = 0.…”

“…В настоящее время экспериментально известно давление металлизации для Xe, p m = 132 GPa [2]. Давление, создаваемое в DAC, составляет 300 GPa [1] и продолжает увеличиваться, по-этому изучение при высоких давлениях свойств легких КИГ, в частности Ne и Ar, представляет научный и практический интерес.Для анализа данных по состоянию кристалла, под-вергнутому большому сжатию, необходимо разработать общее уравнение состояния (equation of state -EOS), связывающее конечные деформации кристалла с внеш-ними напряжениями.При комнатной температуре уравнение состояния кристаллического Ne экспериментально изучалось с ис- Теоретические описания изотерм в широкой области давлений основываются на полуэмпирических уравнени-ях состояния с параметрами, определяемыми при нор-мальном давлении [7][8][9][10][11][12][13][14][15]. Наиболее успешным считается уравнение состояния Винета [8], для которого необходи-мо знание 4 параметров: 1) изотермического объемного модуля при нулевом давлении; 2) его производной по давлению; 3) объема при p = 0 и 4) термического расширения при p = 0.…”

Упругие Свойства Сжатых Кристаллов Инертных Газов В Модели Деформируемых Атомов

“…Многочисленные теоретические [1][2][3][4][5][6][7][8][9] исследования модулей упругости второго порядка и других, связанных с ними, упругих свойств кристаллов инертных газов (КИГ) при высоких давлениях были проведены с ис-пользованием первопринципных методов и модельных потенциалов. Модули упругости третьего порядка для кристаллов были темой для обширного исследования в течение последних нескольких десятилетий и оценива-лись в ранних работах [10][11][12][13][14] в основном для ионных кристаллов.…”