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RenataM.WentzcovitchDept.ofChemicalEngineeringandMaterialsScience,MinnesotaputingInstituteUNIVERSITYOFMINNESOTAPhasetransitionsinsilica(SiO2)Phasetransitionsinsilica-(SiO2)
OutlineObjective:motivateastudyoftheperformanceofseveralDFT–basedfunctionalsWhyissilicaunderpressureimportant?archetypicalproblemforunderstandingcoordinationofsiliconathighPTsintheEarth?PhasediagramofsilicaMypreviousexperiencewithDFT(LDAxGGA(PBE)) Equationofstateparameters Thermodynamicphaseboundaries
(~2,000K)(~4,000K)(~298K)(~6,000K)(~6,500K)quartz1atm~1bar1GPa=10kbar1Mbar=100GPa
ThicknessofEarth’scrust(km)MORBgraniteMidOceanRidgeBasalt
SilicaisfoundonEarthsurfaceasquartzinsand,ingranite(continentalcrust),andbasalt(oceaniccrust).Sometimesotherformsofsilica,glassorstishovite,arefoundandthatsignalstometeoriteimpacts.Fusedsilicaalsousedintheproductionofwindowglass,drinkingglassandbottles,bulbs,porcelain,cement,etcTechnologicalapplicationsincludeopticalfibers,micro-electronics(SiO2layeronsilicon),etcCaliforniasandSaharadesertsand
Phasediagramofsilica
Phasediagramofsilicaamorphization
PW91-GGA
PBE-GGA
PREM
(PreliminaryReferenceEarthModel)
(DziewonskiAnderson,1981)P(GPa)013231353293600410660289051506370Depth(km)
MgSiO3Olivine-aphase((Mg1-x,Fex)2SiO4)gPhase(…)(Mg1-x,Fex)OMWPerovskite(Mg,Fe)SiO3cpxopxMajoriteGarnet(Mg,Al,Si)O3CaSiO3(Mg,Fe,Ca)SiO3(Mg,Fe)SiO3BulksilicateEarth(“Pyrolitemodel”)afterItoTakahashi(1987)MantleMineralogybPhase(…)SiO245.0MgO37.8FeO8.1Al2O34.5CaO3.6Cr2O30.4Na2
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