1研究背景

铝（Al），作为地壳中含量最丰富的金属之一，因其出色的电导性、热导性以及延展性，在航空、汽车、先进能源存储等领域有着广泛的应用。在高能量密度材料（HEDMs）的背景下，活性铝的加入可以显著提升爆炸性能，通过影响材料的形貌、表面界面和物理化学性能。然而，铝在常温下易氧化生成氧化铝（Al2O3），这一氧化产物可能对含铝材料的性能、环境友好性和稳定性产生正面或负面的影响。因此，深入理解铝氧化物的性质显得尤为重要。除了常见的Al2O3，铝还能形成多种不同化学计量比的氧化物，展现出在不同环境条件下形成多样氧化物相的潜力。其中，铝（II）单氧化物（AlO）作为一种罕见且引人入胜的化合物，因其独特的+2价氧化态而备受关注。在高温高压条件下，铝燃烧并与周围氧气反应生成Al2O3，后者可能进一步解离成AlO。尽管AlO在气相中已被检测到，例如在含能材料中铝的燃烧过程以及恒星吸收光谱中，但作为固体的AlO尚未被观察到。这种稀有性及其独特的氧化态使得AlO成为研究的热点，尤其是在其潜在的固态晶体结构方面。此外，与铝相似，镧系元素主要以三价形式存在，但许多镧系（II）单氧化物已被观察到在固态中稳定存在，并在高压条件下进行了研究。这表明，在适宜的条件下，铝也可能形成稳定的固态AlO结构。因此，探索固态AlO对于理解含铝材料和丰富铝单氧化物（AlO）的晶体库具有重要意义。

2成果简介

在这项研究中，研究人员利用粒子群优化（PSO）技术和密度泛函理论（DFT）计算，预测了铝单氧化物（AlO）的四种新结构，并研究了它们在不同压力条件下的稳定性、力学、电子和拉曼性质。研究发现，这些新结构根据其对称性和键合特性，在压力下表现出不同的稳定性和性质。在常压下，oP-AlO（空间群Imm2）是最稳定的结构，而h-AlO（空间群R3̅m）结构在3 GPa以上变得最稳定，并在此压力范围内保持稳定。h-AlO结构因其在不同Wyckoff位置的铝原子之间的不同键合相互作用而脱颖而出，特别是由Al-II原子形成的菱形排列，导致了其电子结构中的Dirac锥，对压力不敏感。相比之下，m-AlO（空间群C2/m）、oP-AlO和oD-AlO（空间群I/mmm）结构在压力下经历了一级相变，伴随着显著的结构变化和Al-O键的不连续性。特别是oP-AlO和oD-AlO结构，在这些转变期间表现出不稳定的转变。此外，研究人员还讨论了预测结构的振动特性，这些显著差异有助于未来通过拉曼光谱实验识别。

3图文导读

4小结