С помощью метода предсказания кристаллических структур USPEX определены термодинамически стабильные составы и кристаллические структуры соединений в системе Fe—S в диапазоне давлений 100—400 ГПа. Обнаружено, что при давлениях, характерных для внутреннего ядра Земли (330—364 ГПа), стабильны только два соединения: Fe₂S и FeS. При этом только Fe₂S может существовать в равновесии с железом во внутреннем ядре. На основе расчёта уравнения состояния Fe₂S показано, что плотность внутреннего ядра достигается, если внутреннее ядро содержит 10,6—13,7 мол.% (6,4—8,4 мас.%) серы. Аналогичные расчёты для FeSi, единственного стабильного при этом давлении силицида железа, позволяют воспроизвести плотность внутреннего ядра Земли при 9,0—11,8 мол.% (4,8—6,3 мас.%) кремния. Обе оценки дают фактически одинаковую среднюю атомную массу $\bar M$ в диапазоне 52,6—53,3, что значительно выше величины $\bar M$ =49,3, выведенной для внутреннего ядра из закона Бёрча. В случае кислорода (учитывая, что в условиях ядра в равновесии с железом может существовать субоксид Fe₂O) плотность внутреннего ядра можно объяснить содержанием 13,2—17,2 мол.% (4,2—5,6 мас.%) кислорода, что соответствует $\bar M$ в диапазоне 49,0—50,6. Мы определили четыре наиболее простые модели состава внутреннего ядра, воспроизводящие его плотность и $\bar M$: 1) 86 мол.% (Fe+Ni)+14 мол.% C; 2) 84 мол.% (Fe+Ni)+16 мол.% O; 3) 84 мол.% (Fe+Ni)+7 мол.% S+9 мол.% H; 4) 85 мол.% (Fe+Ni)+6 мол.% Si+9 мол.% H.

Ключевые слова: предсказание кристаллических структур, ab initio расчёты, эволюционные алгоритмы, физика минералов PACS: 61.50.Ah, 61.50.Ks, 61.50.Nw, 61.66.Fn, 64.30.−t, 91.60.Fe (все) DOI: 10.3367/UFNr.2017.03.038079 URL: https://ufn.ru/ru/articles/2017/10/d/ 000419110600004 2-s2.0-85040925889 Цитата: Бажанова З Г, Ройзен В В, Оганов А Р "Поведение системы Fe—S при высоких давлениях и состав ядра Земли" УФН 187 1105–1113 (2017) BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)Medline RefWorks Русский English RT Journal T1 Поведение системы Fe—S при высоких давлениях и состав ядра Земли A1 Бажанова,З.Г. A1 Ройзен,В.В. A1 Оганов,А.Р. PB Успехи физических наук PY 2017 FD 10 Oct, 2017 JF Успехи физических наук JO Усп. физ. наук VO 187 IS 10 SP 1105-1113 DO 10.3367/UFNr.2017.03.038079 LK https://ufn.ru/ru/articles/2017/10/d/ Поступила: 6 февраля 2017, доработана: 21 февраля 2017, одобрена в печать: 2 марта 2017 English citation: Bazhanova Z G, Roizen V V, Oganov A R “High-pressure behavior of the Fe—S system and composition of the Earth's inner core” Phys. Usp. 60 1025–1032 (2017); DOI: 10.3367/UFNe.2017.03.038079