論文の概要: Electronic-Entropy-Driven Phase Transitions in Compressed Iron Oxides

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.24281v1
• Date: Mon, 21 Sep 2026 08:44:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-22 20:29:01.215478
• Title: Electronic-Entropy-Driven Phase Transitions in Compressed Iron Oxides
• Title（参考訳）: 圧縮酸化鉄の電子エントロピー誘起相転移
• Abstract要約: 電子エントロピーは酸化鉄の多励起相および化学量論相の変換を駆動できることを示す。 60-140 GPaでは、電子励起は主にFe$O$_3$ポリモルフの相対安定性を再編成する。 220-260 GPaでは、低Tにおける最低自由エネルギー相はFe-リッチ化合物Fe$Oであるが、電子温度の上昇はFeOを安定化させる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Electronic entropy is usually treated as a secondary correction to structural stability, but under strong electronic excitation it can become a primary thermodynamic driving force. Here we show that electronic entropy can drive both polymorphic and stoichiometric phase transformations in compressed iron oxides. Using finite-temperature density functional theory, we calculate the electronic-temperature-dependent Gibbs free energies of Fe$_2$O, FeO, Fe$_4$O$_5$, Fe$_3$O$_4$, and multiple Fe$_2$O$_3$ polymorphs, including $α$-, $ι$-, $ζ$-, $η$-, and $θ$-Fe$_2$O$_3$, over the pressure range 60--260 GPa. At 60-140 GPa, electronic excitation mainly reorganizes the relative stability of Fe$_2$O$_3$ polymorphs, driving transitions from $ι$-Fe$_2$O$_3$ to $η$-Fe$_2$O$_3$. At 180 GPa, the free-energy landscape becomes strongly competitive as FeO is stabilized over an intermediate range of electronic temperature, while $η$-Fe$_2$O$_3$ becomes favourable at higher T. At 220-260 GPa, the lowest-free-energy phase at low T is the Fe-rich compound Fe$_2$O, but increasing electronic temperature stabilizes FeO. These results demonstrate that electronic entropy can control not only the relative stability of crystal structures at fixed composition, but also the competition between different iron-oxide stoichiometries. The predicted electronic-entropy-driven phase boundaries provide a route to nonthermal structural transformations in ultrafast and high-energy-density experiments.
• Abstract（参考訳）: 電子エントロピーは通常、構造安定性の二次的な補正として扱われるが、強い電子励起の下では第一の熱力学的駆動力となる。 ここでは, 電子エントロピーは, 圧縮酸化鉄の多形相および化学量論相の変換を駆動できることを示す。 有限温度密度汎関数理論を用いて、圧力範囲 60--260 GPa 上で、Fe$_2$O, FeO, Fe$_4$O$_5$, Fe$_3$O$_4$および複数のFe$_2$O$_3$ポリモルフィックの電子-温度依存性ギブス自由エネルギーを計算する。 60-140 GPaでは、電子励起は主にFe$_2$O$_3$ポリモルフの相対安定性を再編成し、$ι$-Fe$_2$O$_3$から$η$-Fe$_2$O$_3$への遷移を駆動する。 180 GPaでは、FeOが中間温度で安定し、η$-Fe$_2$O$_3$は高いTで好ましくなり、低Tでは220-260 GPa、低Tでは最低自由エネルギー相はFe-リッチ化合物Fe$2$Oとなるが、電子温度の増加はFeOを安定させる。 これらの結果から, 電子エントロピーは, 結晶構造の相対安定性だけでなく, 異なる酸化鉄間の競合も制御できることが示唆された。 予測された電子エントロピー駆動相境界は、超高速で高エネルギー密度の実験において非熱的構造変換への経路を提供する。

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