ПОИСК СТАБИЛЬНЫХ СТРУКТУР ДЛЯ СИСТЕМЫ НИКЕЛЬ-СЕРА И СРАВНЕНИЕ С СИСТЕМОЙ ЖЕЛЕЗО-СЕРА

Ядро Земли состоит в основном из железа и никеля, образующих железо-никелевый сплав. В то же время сера является одним из потенциальных кандидатов на роль легкого элемента во внутреннем ядре. На сегодняшний день с помощью квантово-химического моделирования было проведено множество теоретических исследований для поиска промежуточных составов и структур в таких системах, как Fe-C, Fe-H, Fe-O, Fe-Si, Fe-S и Fe-P до давлений 400 ГПа.

Несмотря на обширные исследования систем железо-легкие элементы, на сегодняшний день не создана минералогическая модель ядра Земли, которая полностью соответствовала бы наблюдаемым сейсмологическим данным. Возможной причиной этого расхождения может быть недостаточный учет влияния ключевого легирующего элемента ядра – никеля. Теоретические исследования системы никель-легкие элементы при высоких давлениях были проведены недостаточно. Следовательно, необходимо провести более углубленные исследования этих бинарных систем с целью дальнейшего изучения и идентификации возможных промежуточных соединений в тройных системах Fe-Ni-S.

1. Sagatov N., Sagatova D., Gavryushkin P. and Litasov K. Fe–N System at High Pressures and Its Relevance to the Earth’s Core Composition // ACS Publications. – 2021. – Vol. 21. – P. 6101–6109.

2. Sun Y., Mendelev M., Zhang F., Ho K. Unveiling the effect of Ni on the formation and structure of Earth’s inner core // Earth, atmospheric, and planetary science. – 2024. – Vol. 121. – P. 121.

3. Thompson S. and others. High-pressure melting experiments of Fe3S and a thermodynamic model of the Fe–S liquids for the Earth’s core // Journal of Physics: Condensed Matter. – 2022. – Vol. 34. – Iss. 39. – P. 394003. https://doi.org/10.1088/1361-648X/ac8263

4. Beyer C. and others. High-pressure phase relations in the system Fe–Ni–Cu–S up to 14 GPa: implications for the stability of sulfides in the Earth’s upper mantle. Mineralogy and Petrology. – 2022. – Vol. 177. – P. 1966.

5. Fei Y. et al. Structure type and bulk modulus of Fe3S, a new iron-sulfur compound // American Mineralogist. – 2000. – Vol. 85. – P. 1830–1833.

6. Zurkowski C. Fe5S2 identified as a host of sulfur in Earth and planetary cores // Earth and Planetary Science Letters. – 2022. – V. 593. – P. 117650.

7. Oka K. A cotunnite-type new high-pressure phase of Fe2S // American Mineralogist. – 2022. – Vol. 107. – P. 7959.

8. Bazhanova Z., Roizen V., OganovA. High-pressure behavior of the Fe–S system and composition of the Earth's inner core // Physics-Uspekhi. – 2017. – Vol. 60. – P. 1025–1032.

9. Tateno S. et al. Fe2S: The Most Fe-Rich Iron Sulfide at the Earth's Inner Core Pressures // Geophysical Research Letters. – 2019. – Vol. 46. – P. 11944–11949.

10. Urakawa S. Stability and bulk modulus of Ni3S, a new nickel sulfur compound, and the melting relations of the system Ni-NiS up to 10 GPa // American Mineralogist. – 2011. – Vol. 96. – P. 3578.

11. Prewitt C., Gramsch S., Fei Y. High-pressure crystal chemistry of nickel sulphides // Journal of Physics: Condensed Matter. – 2002. – Vol. 14. –P. 11411–11415.

12. Yu Y., Ross N. Vibrational and thermodynamic properties of Ni3S2 polymorphs from first-principles calculations // Physics and Chemistry of Minerals. – 2011. – Vol. 38. – P. 241–249.

13. Znahg Q. and others. First-Principles Study of the Elastic Properties of Nickel Sulfide Minerals under High Pressure // MDPI Minerals. – 2020. – Vol. 10. – P. 737.

14. Kresse G., Furthmuller J. Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set // Physical review B. – 1996.– Vol. 54. – P. 11169–11186.

15. Oganov A., Lyakhov A., Valle M. How evolutionary crystal structure prediction works – and why // Accounts of Chemical Research. – 2011. – Vol. 44. – P. 227–237.

16. Monkhorst H., Pack J. Special points for Brillouin-zone integrations // Physical review B. – 1976. – Vol. 13. – P. 5188–5192.

17. Methfessel M., Paxton A. High-precision sampling for Brillouin-zone integration in metals // Physical Review B. – 1989. – Vol. 40. – P. 3616–3621.

18. McMahan A., Albers R. Insulating Nickel at a Pressure of 34 TPa // Physical Review Letters. – 1982. – Vol. 49. – P. 1198–1201.

19. Zakharov O., Cohen M. Theory of structural, electronic, vibrational, and superconducting properties of highpressure phases of sulfur // Physical Review B. – 1995. – Vol. 52. – P. 12572–12578.

20. Rudin S., Liu A. Predicted simple-cubic phase and superconducting properties for compressed sulfur // Physical review letters. – 1999. – Vol. 83. – P. 3049–3052.

21. Rubin A., Ma C. Meteoritic minerals and their origins // Geochemistry. – 2017. – Vol. 77. – P. 325–385.

22. Sagatov E., Bazarbek A., Inerbaev T. et al. Phase Relations in the Ni−S System at High Pressures from ab InitioComputations // ACS Earth and Space Chemistry. – 2021. – Vol. 5. – P. 596–603.