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作为改变物质状态的基本参数之一,压力可以像温度一样使材料的结构和性质发生变化,从而使之发生相变。高压相变的研究不仅可以揭示物质在高压下的许多特殊行为,而且还为高压合成提供重要的理论与实验依据。因而高压相变成为探索新物质一个不可或缺的维度。作为高温高压体系,地核一直备受关注,它的主要构成为Fe元素,其中含有少量的其它金属元素如:Co、Ni等,并且还有少量的轻元素如:S、Si、O等。这些元素及其组成合金在如此极端条件下,其结构与性质必然不同于常温常压。虽然有较多的实验对此进行了研究,由于实验条件的不足,导致各元素详细的高压相图并没有绘出,及其结构稳定性也还没有确定。因此,利用计算模拟的方法研究地核组成物质的高压相变是非常有必要的。本研究采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对地核组成元素(Fe、Co、Ni和Si)在高温高压下的结构相变、热力学性质、弹性性质以及温度-压力(P-T)相图进行较为系统和详尽的研究,同时对不同成分的Fe-X(X:Ni,Si)二元合金在地核极端条件下从晶格动力学、力学和热力学稳定性三个角度对其晶体结构进行预测。主要的研究内容如下:(1)通过密度泛函理论的第一性原理方法,计算了 Fe、Co、Ni和Si四种元素的高温高压下的热力学性质,基于任意温度和压力下的热力学性质确定固相转变点;通过分子动力学两相模型和基于弹性常数的经验公式两种方法,计算其固液转变点。通过与现有的实验值对比,本研究计算的Fe、Co、Si三种元素的P-T相图和Ni的熔化曲线(Ni在高温高压下不会发生相变)与实验值非常接近,计算结果具有良好的可靠性。并且还探讨了三种金属在高压下的磁性,揭示了其在高压条件下的磁性性质。(2)通过密度泛函理论的第一性原理方法,并从晶格动力学、力学和热力学稳定性三个方面研究了 Fe-X(X:Ni,Si)二元合金在地核极端条件下的结构稳定性。在晶格动力学稳定性方面,对接近地核成分的Fe0.9375X0.0625合金计算其在300 GPa下声子谱,探讨Fe-Ni和Fe-Si合金在接近地核压力下的晶格动力学稳定性;在力学稳定性方面,计算三种成分的Fe-X合金在300 GPa下的弹性常数,根据力学稳定判据,探讨其在地核压力下的力学稳定性;在热力学稳定性方面,计算各成分的Fe-X合金自由能随温度和压力的变化关系,探讨Fe-X合金在各温度压力下的结构稳定性。