Abstrakt

Jsme studovali strukturální a termofyzikálních vlastností oxidu kademnatého (CdO), pomocí Tří-Tělo Potenciál (TBP) model. Tlaky fázového přechodu jsou spojeny s náhlým kolapsem objemu. Tlaky fázového přechodu a související zhroucení objemu získané z tohoto modelu ukazují obecně dobrou shodu s dostupnými experimentálními daty ostatních. Termofyzikální vlastnosti, jako je konstanta molekulární síly, teplota Debye, a tak dále, CdO jsou také hlášeny.

1. Úvod

skupina oxidů IIB-VIA představuje velký zájem díky svým aplikacím v různých technologiích . Polovodivé sloučeniny této skupiny krystalizují většinou v zincblende (B3), wurtzite (B4) nebo obou strukturách. Oxid kademnatý (CdO) je jedním z binárních oxidů, které mají důležité elektronické, strukturální a optické vlastnosti. Oxid kademnatý se přirozeně vyskytuje jako vzácný minerál monteponit. CdO je polovodič s pásmovou mezerou 2,16 eV při pokojové teplotě. Obvykle krystalizuje v krychlové struktuře horninové soli chloridu sodného (NaCl) s oktaedrálním kationtem a aniontovými centry. Pod tlakem však vykazuje strukturální fázový přechod prvního řádu ze struktury NaCl (B1) na cscl (B2). První principy výpočty krystalových struktur a fázového přechodu a elastických vlastností oxidu kademnatého (CdO) byly provedeny metodou funkční teorie pseudopotenciální hustoty rovinných vln Peng et al. . Liu et al. studoval fázový přechodový tlak B1 až B2 při přibližně 90,6 GPa pro CdO . Guerrero-Moreno et al. pozoroval vlastnosti pozemního stavu CdO se strukturou B1 až B2 pomocí prvních 2 výpočtů principů.

na tuto sloučeninu jsme použili model potenciálu tří těles (TBP) ke studiu vysokotlakého fázového přechodu a dalších vlastností. Potřeba začlenění tříčlenných interakčních sil byla zdůrazněna mnoha pracovníky pro zlepšení výsledků . Dřívější výpočty pro přechody B1-B2 byly založeny hlavně na potenciálu dvou těles. Dospěli k závěru, že možné důvody neshod zahrnují selhání potenciálního modelu dvou těl. Vzhledem k tomu, že tyto studie byly založeny na potenciálech dvou těl a nemohly vysvětlit porušení Cauchy (C12≠C44). Poznamenali, že výsledky by mohly být zlepšeny zahrnutím účinku tuhosti iontů do modelu. Tento Tří-Tělo Potenciál (TBP) model se skládá z dlouhého doletu Coulomb energy, tři těla interakce odpovídající nejbližší soused oddělení, vdW (van der Waal) interakce, a energie vzhledem k překrývání odpor zastoupena Hafemiester a Flygare (HF) typ potenciál a prodloužit až na druhý-soused ionty. Účelem této práce je prozkoumat strukturální a termofyzikální vlastnosti CdO.

2. Potenciální Model a Metoda

Aplikace tlaku přímo výsledky v kompresi, což vede ke zvýšenému přenosu náboje (nebo tři těla, interakce efekt ) v důsledku deformace pro překrývající se elektronové shell sousedních iontů (nebo nonrigidity iontů) v pevných látkách.

Tyto účinky byly začleněny do Gibbsova volná energie (𝐺=𝑈+𝑃𝑉−𝑇𝑆) jako funkce tlaku a tři-tělo interakce (TBI) , které jsou nejvíce dominantní mezi mnoha tělesných interakcí. Zde 𝑈 je vnitřní energie systému ekvivalentní mřížkové energii při teplotě blízké nule a 𝑆 je entropie. Při teplotě 𝑇=0 K a tlaku (𝑃) Gibbsova volná energie pro kamenné soli (B1, real) a CsCl (B2, hypotetických) strukturách jsou dány 𝐺B1(𝑟)=𝑈B1(𝑟)+𝑃𝑉B1(𝑟),(1)𝐺B2𝑟=𝑈B2𝑟+𝑃𝑉B2𝑟.(2) s 𝑉 𝐵 1 (=2.00 𝑟 3) a 𝑉𝐵2(=1.54𝑟3) jako jednotkové objemy buněk pro fáze 𝐵1 a 𝐵2. První podmínky v (1) a (2) jsou příhradové energie pro 𝐵1 a 𝐵2 struktury a jsou vyjádřeny jako 𝑈𝐵1(𝑟)=−𝛼𝑚𝑧2𝑒2𝑟−12𝛼𝑚𝑧𝑒2𝑓(𝑟)𝑟−𝐶𝑟6+𝐷𝑟8+6𝑏𝛽𝑖𝑗𝑟exp𝑖+𝑟𝑗−𝑟𝜌+6𝑏𝛽𝑖𝑖exp2𝑟𝑖-1.414𝑟𝜌+6𝑏𝛽𝑗𝑗exp2𝑟𝑗-1.414𝑟𝜌,𝑈(3)𝐵2𝑟=−𝛼𝑚𝑧2𝑒2𝑟−16𝛼𝑚𝑧𝑒2𝑓𝑟𝑟−𝐶𝑟6+𝐷𝑟8+8𝑏𝛽𝑖𝑗𝑟exp𝑖+𝑟𝑗−𝑟𝜌+3𝑏𝛽𝑖𝑖exp2𝑟𝑖-1.154𝑟𝜌+3𝑏𝛽𝑗𝑗exp2𝑟𝑗-1.154𝑟𝜌(4) s 𝛼𝑚 a 𝛼𝑚 jako Madelung konstanty pro NaCl a CsCl struktura, resp. C(C‘) a D(D‘) jsou celkové vander der Waal koeficienty B1 (B2) fáze, 𝛽𝑖𝑗(𝑖,𝑗=1,2) jsou Pauling koeficienty. Ze je iontový náboj a 𝑏(𝜌) tvrdost (rozsah) parametry, 𝑟(𝑟) jsou nejbližší soused separace pro NaCl (CsCl) struktura a 𝑓(𝑟) je tři těla parametr síly.

Tyto mřížky energie se skládá z dlouhého doletu Coulomb energy (první termín), tři-tělo interakce odpovídající nejbližší soused oddělení 𝑟(𝑟) (druhé funkční období), vdW (van der Waal) interakce (třetí termín), a energie vzhledem k překrývání odpor zastoupena Hafemeister a Flygare (HF) typ potenciál a prodloužit až na druhý soused ionty (zbývající termíny).

3. Výsledky a diskuse

volné energie Gibb obsahují tři parametry modelu . Hodnoty těchto parametrů byly hodnoceny pomocí prvního a druhého řádu prostor deriváty soudržné energie (𝑈) vyjádřené jako𝑑𝑈𝑑𝑟𝑟=𝑟0𝑑=0,2𝑈𝑑𝑟2𝑟=𝑟0=9𝑘𝑟0𝐵,(5) a tato metoda přijata dříve . Pomocí těchto parametrů modelu a techniky minimalizace byly vypočteny tlaky fázového přechodu CdO. Vstupní data krystalu a vypočtené parametry modelu jsou uvedeny v tabulce 1. Sledovali jsme techniku minimalizace Gibbsových volných energií reálných a hypotetických fází. Minimalizovali jsme 𝐺𝐵1(𝑟) a 𝐺𝐵2(𝑟) poskytnuté (3) a (4) na různé tlaky za účelem získání interionic separace 𝑟 a 𝑟 odpovídající 𝐵1 a 𝐵2 fáze spojena s minimální energií. Faktor Δ𝐺 hraje důležitou roli ve stabilitě struktur. Fázový přechod nastává, když se Δ𝐺 blíží nule (Δ𝐺→0). Tlak fázového přechodu ( 𝑃 𝑡 ) je tlak, při kterém se δ 𝐺 blíží nule. V 𝑃 𝑡 tyto sloučeniny procházejí přechodem (𝐵1-2 2) spojeným s náhlým kolapsem objemu, který ukazuje fázový přechod prvního řádu. Obrázek 1 ukazuje náš současný vypočítaný fázový přechodový tlak pro struktury typu NaCl (𝐵1) na struktury typu CsCl (𝐵2) v CdO při 90 GPa. Současný fázový přechodový tlak je znázorněn šipkou na obrázku 1. Vypočtené hodnoty fázového přechodového tlaku byly uvedeny v tabulce 2 a porovnány s jejich experimentálními a dalšími teoretickými výsledky. Z tabulky 2 a obrázku 1 je zajímavé poznamenat, že tlaky fázového přechodu ( 𝑃 𝑡 ) získané z našeho modelu jsou obecně v užší shodě s experimentálními daty a stejně dobře odpovídají ostatním teoretickým výsledkům .

Obrázek 1

Změna Gibbsova volná energie s tlakem na CdO.

kompresní křivky jsou vyneseny na obrázku 2. Hodnoty objemu se zhroutí (- Δ𝑉(𝑝)/𝑉(0)) jsou zobrazeny v tabulce 2. Experimentální a teoretické hodnoty objemových kolapsů nejsou pro současné sloučeniny k dispozici. Je jasné, že během fáze přechodu z NaCl, aby CsCl, objem diskontinuity v tlaku objem fázového diagramu identifikuje výskyt prvního řádu fázový přechod a stejný trend jako další teoretický přístup. Na obrázku 2 byl vynesen graf tlaku a objemu.

Obrázek 2

Změna objemu změna 𝑉𝑃/𝑉0 s tlakem na CdO.

V další znát chování interionic vzdálenost s tlakem za přítomnosti oxidů, uvádíme variantu nejbližšího souseda (nn) a další-nejbližší soused (nnn) vzdálenosti pro oba 𝐵1 a 𝐵2 fází s tlakem na Obrázku 3. Interionové vzdálenosti přítomného oxidu se snižují při zvyšování tlaku. Otevřené kruhy představují vzdálenost nejbližšího souseda (nn) a plné kruhy představují vzdálenost nejbližšího souseda (nnn) na obrázku 3 pro CdO.

Obrázek 3

varianta interionic vzdálenost s tlakem na CdO.

dále zvýšit použitelnost našeho modelu jsme spočítali, molekulární síly konstantní (𝑓), infračervené absorpční frekvence (𝜐0), Debye teplota (𝜃𝐷), a Grunneisen parametr ( 𝛾 ), které jsou přímo odvozeny z kohezní energie, 𝑈(𝑟).

stlačitelnost je dobře známo, že je dána 𝛽=3𝐾𝑟0𝑓(6) z hlediska molekulární síly konstanty 1𝑓=3𝑈𝑆𝑅𝑘𝑘’2(𝑟)+𝑟𝑈𝑆𝑅𝑘𝑘’(𝑟)𝑟=𝑟0.(7) S 𝑈𝑆𝑅𝑘𝑘'(𝑟) jako krátkou vzdálenost nejbližšího souseda (𝑘≠𝑘) část 𝑈(𝑟) dána poslední tři výrazy v (3) a (4). Tato konstanta síly 𝑓 vede k infračervené absorpční frekvenci se znalostí snížené hmotnosti ( 𝜇 ) krystalů. Koeficient tepelné roztažnosti ( 𝛼 𝑣 ) lze vypočítat se znalostí specifického tepla ( 𝐶 𝑣 ). Výrazy byly uvedeny v našem dřívějším článku .

vypočítali jsme termofyzikální vlastnosti CdO. Termofyzikální vlastnosti nám poskytují zajímavé informace o látce. Debyeova charakteristická teplota odráží její stabilitu struktury, pevnost vazeb mezi jednotlivými prvky, dostupnost konstrukčních vad a její hustotu. Vypočtené termofyzikální vlastnosti byly uvedeny v tabulce 3. Vzhledem k nedostatku experimentálních a teoretických údajů jsme je nemohli porovnat. Porovnali jsme hodnotu teploty Debye s teoretickými výsledky poskytnutými Peng et al. . Náš výsledek ukazuje stejný trend jako ostatní. Pokud jde o naše nejlepší znalosti, hodnota tepelných vlastností současných sloučenin dosud nebyla změřena ani vypočtena, proto naše výsledky mohou sloužit jako předpověď pro budoucí vyšetřování.

vzhledem k celkové vědomosti, může být k závěru, že tam je obecně dobrá dohoda Tří-Tělo Potenciál (TBP) model s jsou k dispozici experimentální a teoretické hodnoty. Konečně, to může být k závěru, že současný model úspěšně předpověděl, komprese křivek a fázové diagramy dává fázový přechod tlaky, spojené objem zhroutí, a elastické vlastnosti správně pro oxid kademnatý.