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在地核条件下，电子相关性对铁输运性质的影响

自然体积517，页面605 - 607 (2015）引用本文

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本文是收回了2016年4月13日

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摘要

地球磁场一直被认为是由外核中熔融铁合金的热对流引起的，但最近的密度泛函理论计算表明，铁的电导率太高，无法支持热对流1，2，3.，4，从而对化学驱动对流进行了研究5，6．这些电阻率的计算是基于电子-声子散射的。本文应用自洽密度泛函理论和动态平均场理论(DFT + DMFT)7并发现在高温下电子-电子散射与电子-声子散射相当，使理论与实验一致，并解决了地核的传输问题。传统的热力发电图是安全的。我们发现电子-电子散射d在过渡金属中，电子在高温下是重要的，这与Mott以来的教科书分析形成了鲜明对比8，9，和4年代与50多年来使用的众多模型相比，电子对传输的贡献可以忽略不计。DFT+DMFT方法应该适用于其他电子相关性很重要的高温系统。

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图1:地核密度下hcp铁的电阻率与温度的关系。
图2:我们计算的hcp铁电阻率与实验结果进行了比较。
图3:hcp铁在地核密度的散射率、态密度和谱函数。

改变历史

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确认

这项工作得到了美国国家科学基金会(NSF)拨款EAR-1214807, DMS-1025392和DMR-1405303的支持。R.E.C.由卡内基研究所和欧洲研究理事会高级资助ToMCaT资助。K.H.由美国国家科学基金会拨款DMR-1405303资助。这项研究使用了NSF极限科学与工程发现环境(XSEDE)超级计算机“Stampede”，还使用了橡树岭国家实验室橡树岭领导计算设施的资源，该设施由美国能源部科学办公室支持，合同号为DE-AC05-00OR22725。R.E.C.和P.Z.感谢I. Mazin、S. Labrosse和R. Caracas的讨论。我们也感谢J. Robb在手稿准备方面的帮助。

作者信息

作者及隶属关系

  1. 华盛顿卡内基研究所地球物理实验室，美国华盛顿特区宽枝路5251号，20015

    张鹏，科恩

  2. 英国伦敦WC1E 6BT区高尔街皮尔森大厦222号伦敦大学学院地球科学系

    r·e·科恩

  3. 罗格斯大学物理系，皮斯卡塔韦，08854，美国新泽西州

    k . Haule

作者
  1. 彭张
    查看作者出版物

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  2. r·e·科恩
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  3. k . Haule
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贡献

由R.E.C.设计方案，P.Z.进行计算，P.Z、R.E.C.和K.H.分析结果并撰写论文。DFT + DMFT代码由K.H.开发

相应的作者

对应到r·e·科恩．

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有相互竞争的经济利益。

扩展的数据图形和表格

图1 hcp铁在地核密度和Hugoniot线上的压力与温度关系31．

这两条线在交点相交P= 269.9 GPa，T= 6658 K的地核密度。

扩展数据图2 ImΣ(我ωn)到零虚频率。

自我能量来自地球核心密度和6000 K的hcp铁轨道。采用三种外推方法:线性、三次样条和Akima样条。自我能量的虚部我0+范围为−0.23 eV ~−0.12 eV。

扩展数据图3自能在实频率上的虚部地球核心密度和6000 K的hcp铁轨道。

自能的解析延拓方法有MaxEnt、Padé和奇异值分解。插图显示了费米能级附近能量范围[−0.01 eV, 0.01 eV]内的自能的相同虚部。三种解析延拓方法得到的自能在低能区域一致。

扩展数据表1根据外推和以往实验得出的电阻率
全尺寸表
扩展数据表2我们研究的原子体积，压力，温度和电阻率图1而且图2
全尺寸表

幻灯片

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引用本文

张培平，高恒，张建平，李建平。地球核心条件下电子相关性对铁输运性质的影响。自然517， 605-607(2015)。https://doi.org/10.1038/nature14090

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