abstrakt

Vi har undersøgt de strukturelle og termofysiske egenskaber ved cadmiumoksid (CdO) Ved hjælp af modellen med tre-Kropspotentiale (TBP). Faseovergangstryk er forbundet med en pludselig sammenbrud i volumen. Faseovergangstryk og relaterede volumenkollaps opnået fra denne model viser en generelt god overensstemmelse med tilgængelige eksperimentelle andre data. De termofysiske egenskaber som molekylær kraftkonstant, Debye temperatur, og så videre, af CdO rapporteres også.

1. Introduktion

gruppen af IIb-via-oksider har vist stor interesse på grund af deres anvendelser inden for forskellige teknologier . De halvledende forbindelser i denne gruppe krystalliserer for det meste i sinkblende (B3), vurtsit (B4) eller begge strukturer. Cadmiumoksid (CdO) er en af de binære oksider, der har vigtige elektroniske, strukturelle og optiske egenskaber. Cadmium forekommer naturligt som det sjældne mineral monteponit. CdO er en halvleder med et båndgab på 2,16 eV ved stuetemperatur. Det krystalliserer normalt i en kubisk natriumchlorid (NaCl) rock-salt struktur, med oktaedriske kation og anion Centre. Men under pres viser det en første ordens strukturelle faseovergang fra NaCl (B1) til CsCl (B2) struktur . Første principper beregninger af krystalstrukturer og faseovergang og elastiske egenskaber af cadmiumoksid (CdO) er blevet udført med planbølge pseudopotential density funktionel teori metode ved Peng et al. . Liu et al. studerede B1 til B2 faseovergangstryk på omkring 90,6 GPa for CdO . Guerrero-Moreno et al. observeret grundtilstanden egenskaber CdO med B1 til B2 struktur, ved hjælp af de første 2 principper beregninger.

Vi har anvendt modellen med tre-Kropspotentiale (TBP) til den nuværende forbindelse for at studere højtryksfaseovergangen og andre egenskaber. Behovet for inddragelse af tre-krops interaktionskræfter blev understreget af mange arbejdere til forbedring af resultaterne . Tidligere beregninger for B1-B2-overgange var hovedsageligt baseret på to-kropspotentiale. De konkluderede, at mulige årsager til uoverensstemmelser inkluderer svigt i den to-krops potentielle model. Da disse undersøgelser var baseret på to-kropspotentialer og ikke kunne forklare Cauchy-overtrædelser (C12-Karrus C44). De bemærkede, at resultaterne kunne forbedres ved at inkludere effekten af nonrigidity af ioner i modellen. Denne tre-Kropspotentiale (TBP) model består af langtrækkende Coulomb-energi, tre kropsinteraktioner svarende til den nærmeste naboseparation, VDV (van Der Val) interaktion og energi på grund af overlapningsafstødningen repræsenteret af hafemiester og Flygare (HF) typepotentiale og udvidet op til anden-naboionerne. Formålet med dette arbejde er at undersøge CdO ‘ s strukturelle og termofysiske egenskaber.

2. Potentiel Model og metode

anvendelse af tryk resulterer direkte i kompression, der fører til den øgede ladningsoverførsel (eller tre kropsinteraktionseffekt ) på grund af deformationen af den overlappende elektronskal af de tilstødende ioner (eller nonrigidity af ioner) i faste stoffer.

disse effekter er blevet indarbejdet i Gibbs fri energi (𝐺=𝑈+𝑃𝑉−𝑇𝑆) som en funktion af tryk og tre-kropsinteraktioner (TBI) , som er de mest dominerende blandt de mange kropsinteraktioner. Her er Kurt den indre energi i systemet svarende til gitterenergien ved temperatur nær nul, og Kurt er entropien. Ved den temperatur, der 𝑇=0 K og pres (𝑃) den Gibbs fri energi for stensalt (B1, fast) og CsCl (B2, hypotetisk) strukturer, der er givet ved 𝐺B1(𝑟)=𝑈B1(𝑟)+𝑃𝑉B1(𝑟),(1)𝐺B2𝑟=𝑈B2𝑟+𝑃𝑉B2𝑟.(2) med L. 1 (=2.00 L. 3)og 𝑉𝐵2(=1.54𝑟3) som enhedscellevolumener for henholdsvis 1.og 2. fase. De første udtryk i (1) og (2) er gitterenergier for strukturerne i (1) og (2), og de udtrykkes som 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) med kr. og KR. som Madelung konstanter for hhv. NaCl og CSCL struktur. C(C’) og D (D’) er de samlede vandringskoefficienter for B1 (B2) faser, 𝛽𝑖𝑗(𝑖,𝑗=1,2) er de Pauling koefficienter. Ze er den ioniske afgift og 𝑏(𝜌) er den hårdhed (område) parametre, 𝑟(𝑟) er nærmeste nabo separationer for NaCl (CsCl) struktur og 𝑓(𝑟) er de tre kroppen kraft parameter.

disse gitterenergier består af langtrækkende Coulomb-energi (første periode), tre-kropsinteraktioner svarende til den nærmeste naboseparation, der svarer til den nærmeste naboseparation, og energi på grund af overlapningsafstødningen repræsenteret af hafemeister og Flygare (hf) type potentiale og udvidet op til den anden naboioner (resterende udtryk).

3. Resultater og diskussion

Gibbs frie energier indeholder tre modelparametre . Værdierne for disse parametre er blevet evalueret ved hjælp af den første-og andenordens rumderivater af den sammenhængende energi (Krut) udtrykt som𝑑𝑈𝑑𝑟𝑟=𝑟0𝑑=0,2𝑈𝑑𝑟2𝑟=𝑟0=9𝑘𝑟0𝐵,(5) og følgende metode vedtaget tidligere . Ved hjælp af disse modelparametre og minimeringsteknikken er faseovergangstryk af CdO blevet beregnet. Inputdataene for krystal-og beregnede modelparametre er anført i tabel 1. Vi har fulgt teknikken til minimering af Gibbs frie energier i virkelige og hypotetiske faser. Vi har minimeret 𝐺𝐵1(𝑟) og 𝐺𝐵2(𝑟) givet ved (3) og (4) ved forskellige tryk, for at få interionic separationer 𝑟 og 𝑟, der svarer til 𝐵1 og 𝐵2 faser, der er forbundet med et minimum af energi. Faktoren Karrus spiller en vigtig rolle i stabiliteten af strukturer. Faseovergangen opstår, når KRP nærmer sig nul (KRP 0). Faseovergangstrykket (kurr) er det tryk, hvor kurr nærmer sig nul. Ved kurr gennemgår disse forbindelser en (kurr 1-kurr 2) Overgang forbundet med et pludseligt sammenbrud i volumen, der viser en førsteordens faseovergang. Figur 1 viser vores nuværende beregnede faseovergangstryk for NaCl-type (Kurt 1) til CSCL-type (Kurt 2) strukturer i CdO Ved 90 GPa. Det nuværende faseovergangstryk er illustreret med pil i Figur 1. De beregnede værdier for faseovergangstryk er anført i tabel 2 og sammenlignet med deres eksperimentelle og andre teoretiske resultater. Det er interessant at bemærke fra tabel 2 og figur 1, at faseovergangstrykket (kr), Der er opnået fra vores model, generelt er i tættere overensstemmelse med eksperimentelle data og matcher lige så godt med andre teoretiske resultater .

Figur 1

Variation af Gibbs fri energi med tryk for CdO.

kompressionskurverne er afbildet i figur 2. Værdierne af lydstyrken kollapser ( -𝑉(𝑝)/𝑉(0)) er vist i tabel 2. De eksperimentelle og teoretiske værdier af volumenkollaps er ikke tilgængelige for de nuværende forbindelser. Det er klart, at under faseovergangen fra NaCl til CsCl, volumen diskontinuitet i trykvolumenfasediagram identificerer forekomsten af førsteordens faseovergang og den samme tendens som den anden teoretiske tilgang. I figur 2 er trykket versus volumengrafen blevet afbildet.

figur 2

Variation af volumenændring kurr /kurr 0 med tryk for CDO.

i tillæg til at kende adfærden af den interioniske afstand med tryk for det nuværende ilt, præsenterer vi variationen af nærmeste nabo (nn) og næste nærmeste nabo (nnn) afstande for både phase 1 og phase 2 med tryk i figur 3. De indre afstande af det nuværende oksid falder ved at øge trykket. De åbne cirkler repræsenterer nærmeste nabo (nn) og faste cirkler repræsenterer næste nærmeste nabo (nnn) Afstand i figur 3 for CdO.

figur 3

Variation af interionisk afstand med tryk for CdO.

for yderligere At øge anvendeligheden af vores model, har vi beregnet den molekylære kraft konstant (𝑓), infrarød absorption, frekvens (𝜐0), Debye temperatur (𝜃𝐷), og Grunneisen parameter ( 𝛾 ), som er direkte afledt af den sammenhængende energi, 𝑈(𝑟).

kompressibiliteten er velkendt at være givet af 𝛽=3𝐾𝑟0𝑓(6) med hensyn til molekylære kraftkonstanter 1𝑓=3𝑈𝑆𝑅𝑘𝑘’2(𝑟)+𝑟𝑈𝑆𝑅𝑘𝑘’(𝑟)𝑟=𝑟0.(7) med Kristian (Kristian) som den korte rækkevidde nærmeste nabo (Kristian) del af Kristian (Kristian) givet af de sidste tre vilkår i (3) og (4). Denne kraftkonstant kur fører til den infrarøde absorptionsfrekvens med kendskab til den reducerede masse (kur) af krystallerne. Den termiske udvidelseskoefficient (kurr) kan beregnes med kendskab til specifik varme (kurr). Udtrykkene er givet i vores tidligere papir .

Vi har beregnet CDO ‘ s termofysiske egenskaber. De termofysiske egenskaber giver os de interessante oplysninger om stoffet. Debye-karakteristikstemperaturen kur afspejler dens strukturstabilitet, styrken af bindinger mellem dets separate elementer, strukturfejl tilgængelighed og dens densitet. De beregnede termofysiske egenskaber er anført i tabel 3. På grund af manglen på eksperimentelle og teoretiske data kunne vi ikke sammenligne dem. Vi har sammenlignet værdien af Debye-temperatur med teoretiske resultater leveret af Peng et al. . Vores resultat viser den samme tendens som rapporteret af andre. Så vidt vi ved, er værdien af de termiske egenskaber for nuværende forbindelser endnu ikke målt eller beregnet, derfor kan vores resultater tjene som en forudsigelse for fremtidige undersøgelser.

Solid 𝑓(104 dyn/cm) 𝜐0(1012 Hz) 𝜃𝐷 (K) γ CdO Present 10.1571 7.0968 328 1.0421 Others — — 336.5a —

aref .

tabel 3

termofysiske egenskaber af CdO.

i betragtning af de samlede resultater kan det konkluderes, at der generelt er en god overensstemmelse mellem tre-Kropspotentiale (TBP) model med de tilgængelige eksperimentelle og teoretiske værdier. Endelig kan det konkluderes, at den foreliggende model med succes har forudsagt kompressionskurverne og fasediagrammerne, der giver faseovergangstryk, tilhørende volumenkollaps og elastiske egenskaber korrekt for cadmiumilte.