概要

三体ポテンシャル（TBP）モデルを用いて、酸化カドミウム（CdO）の構造と熱物性を研究してきました。 相転移圧力は体積の突然の崩壊と関連している。 このモデルから得られた相転移圧力と関連する体積崩壊は，利用可能な他の実験データと一般的に良い一致を示した。 Ｃｄｏの分子力定数，Ｄｅｂｙｅ温度などの熱物理学的性質についても報告した。

1. はじめに

IIB-VIA酸化物のグループは、様々な技術への応用のために大きな関心を示しています。 このグループの半導体化合物は、主に閃亜鉛鉱（B3）、ウルツ鉱（B4）、または両方の構造で結晶化する。 酸化カドミウム（Ｃｄｏ）は，重要な電子的，構造的，光学的性質を有する二元酸化物の一つである。 酸化カドミウムは珍しい鉱物のモンテポナイトとして自然に発生します。 CdOは室温で2.16eVのバンドギャップを持つ半導体です。 それは通常、八面体の陽イオンと陰イオンの中心を持つ立方塩化ナトリウム（NaCl）岩塩構造で結晶化します。 しかし、圧力下では、NaCl（B1）からCsCl（B2）構造への一次構造相transitionを示す。 酸化カドミウム（Ｃｄｏ）の結晶構造，相転移，弾性特性の第一原理計算をＰｅｎｇらの平面波擬ポテンシャル密度汎関数理論法を用いて行った。 . 劉ら CdOのB1からB2への相転移圧力を約90.6GPaで研究した。 Guerrero-Moreno et al. 最初の2つの原理計算を用いて、B1からB2構造を持つCdOの基底状態特性を観察した。 本化合物に三体ポテンシャル（ＴＢＰ）モデルを適用して，高圧相転移および他の特性を研究した。 三体相互作用力の包含の必要性は、結果の改善のために多くの労働者によって強調された。 B1-B2遷移の以前の計算は、主に二体ポテンシャルに基づいていました。 彼らは、意見の相違の可能性のある理由には、二体ポテンシャルモデルの失敗が含まれると結論づけた。 これらの研究は二体ポテンシャルに基づいており、コーシー違反（C12≤C44）を説明することができなかったためです。 彼らは、モデルにイオンの非剛性の効果を含めることによって結果を改善できると述べた。 この三体ポテンシャル（ＴＢＰ）モデルは，長距離Ｃｏｕｌｏｍｂエネルギー，最近接分離に対応する三体相互作用，Ｖｄｗ（ｖａｎｄｅｒｗａａｌ）相互作用，およびＨａｆｅｍｉｅｓｔｅｒとＦｌｙｇａｒｅ（Ｈ ｆ）型ポテンシャルによって表されるオーバーラップ反発によるエネルギーからなり，第二隣接イオンまで拡張された。 本研究の目的は，Ｃｄｏの構造および熱物理学的性質を調べることである。

2. ポテンシャルモデルと方法

圧力を直接適用すると、固体中の隣接するイオン（またはイオンの非剛性）の重なり合う電子殻の変形による電荷移動（または三体相互作用効果）の増加につながる圧縮が生じる。

これらの効果はギブス自由エネルギーに組み込まれている(𝐺=𝑈+𝑃𝑉−𝑇𝑆) 多くの身体相互作用の中で最も支配的である圧力および三体相互作用（TBI）の関数として。 ここで、λはゼロ付近の温度での格子エネルギーに相当する系の内部エネルギーであり、λはエントロピーである。 温度𝑇=0Kと圧力(𝑃)のギブス自由エネルギーのための岩塩(B1ース、実質、CsCl(B2、仮想)構造物による𝐺B1(𝑟)=𝑈B1(𝑟)+𝑃𝑉B1(𝑟),(1)𝐺B2メ𝑟話=𝑈B2メ𝑟話+𝑃𝑉B2メ𝑟話.(2)With1(=2.00𝑟3)と𝑉𝐵2(=1.54𝑟3) それぞれ≤1および≤2相の単位セル体積として。 (1)と(2)の最初の項は、≤1と≤2構造の格子エネルギーであり、それらは次のように表されます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) ＮａｃｌおよびＣｓｃｌ構造のｍａｄｅｌｕｎｇ定数としてσおよびσをそれぞれ用いた。 Ｃ（Ｃ’）およびＤ（Ｄ’）は、Ｂ１（Ｂ２）相の全体的なＶａｎｄｅｒ ｄｅｒ Ｗａａｌ係数である。, 𝛽𝑖𝑗(𝑖,𝑗=1,2) はポーリング係数です。 ぜでのイオン充𝑏(𝜌)の硬さ(幅)パラメータ𝑟(𝑟話）最寄りの隣人と分離のためのNaCl(化審法)の構造と𝑓(𝑟の三体力パラメータとします。

これらの格子エネルギーは、長距離クーロンエネルギー（第一項）、最近接分離σ（σ）に対応する三体相互作用（第二項）、vdw（van der waal）相互作用（第三項）、およびhafemeisterとflygare（hf）型ポテンシャルで表される重複反発によるエネルギーからなり、第二の隣接イオンまで拡張されたエネルギー（残りの項）からなる。

3. 結果と議論

ギブの自由エネルギーには三つのモデルパラメータが含まれています。 これらのパラメータの値は、次のように表される凝集エネルギー（λ）の一次および二次空間導関数を用いて評価されている𝑑𝑈𝑑𝑟𝑟=𝑟0𝑑=0,2𝑈𝑑𝑟2𝑟=𝑟0=9𝑘𝑟0𝐵,(5) そして、以前に採用された以下の方法。 これらのモデルパラメータと最小化技術を用いて，Ｃｄｏの相転移圧力を計算した。 水晶の入力データと計算されたモデルパラメータを表1に示します。 実相と仮想相のＧｉｂｂｓ自由エネルギーの最小化の手法に従った。 を最小化𝐺𝐵1(𝑟）𝐺𝐵2(𝑟示)された(3)と(4)の異なる圧力を得るためには、interionic分離𝑟と𝑟池に対応する𝐵1𝐵2段階の最低エネルギーに努めます。 因子Δ σは構造の安定性に重要な役割を果たす。 相転移は、Δ θがゼロに近づくと起こる（Δ θ→0）。 相転移圧力（θ）は、δ Θがゼロに近づく圧力である。 Σでは、これらの化合物は、一次相転移を示す体積の突然の崩壊に関連する（σ1-σ2）遷移を受ける。 図1は、90GPaのCdOにおけるNacl型(≤1)からCsCl型(≤2)構造に対する現在の計算された相転移圧力を示しています。 現在の相転移圧力は図1の矢印で示されています。 相転移圧力の計算値は表2に記載されており、それらの実験および他の理論的結果と比較されている。 表2と図1から、このモデルから得られた相転移圧力(θ)は、一般に実験データとよく一致し、他の理論的結果と同様によく一致していることに注意することは興味深いことである。

圧縮曲線は図2にプロットされています。 ボリュームの値が崩れます(-Δ𝑉(𝑝)/𝑉(0)) を表２に示す。 体積崩壊の実験値と理論値は本化合物では利用できない。 ＮａｃｌからＣｓｃｌへの相転移の間，圧力体積相図における体積不連続は一次相転移の発生を識別し，他の理論的アプローチと同じ傾向を示すことが明らかである。 図2では、圧力対体積のグラフがプロットされています。

図2

cdoの圧力による体積変化𝑉 𝑃/𝑉0の変化。

さらに、現在の酸化物の圧力を伴うイオン間距離の挙動を知るために、圧力を伴う≤1相と≤2相の両方についての最近傍（nn）と次最近傍（nnn）距離の変化を図3に示します。 この酸化物のイオン間距離は圧力の増加とともに減少した。 開いた円は最近傍(nn)を表し、実線の円はCdOの図3の次の最近傍(nnn)距離を表します。

図3

CdOの圧力によるイオン間距離の変化。

をさらに増加させるには、適用モデル計算を行い,分子力一定(𝑓)、赤外線吸収周波数(𝜐0),デバイ温度(𝜃𝐷、Grunneisenパラメータ(𝛾）から直接導かれる凝集エネルギー、𝑈(𝑟).

圧縮率はよく知られています。

圧縮率は次のように与えられます。

𝛽=3𝐾𝑟0𝑓(6) 分子力定数の観点から1𝑓=3𝑈𝑆𝑅𝑘𝑘’2(𝑟)+𝑟𝑈𝑆𝑅𝑘𝑘’(𝑟)𝑟=𝑟0.(7)(3)および(4)の最後の三つの項によって与えられるπ(π)の短距離最近傍(π)部分としてπ'(π)を使用します。 この力定数λは、結晶の減少した質量（λ）の知識を持つ赤外吸収周波数につながります。 熱膨張係数（λ）は、比熱（λ）の知識を用いて計算することができる。 式は、私たちの以前の論文で与えられています。CdOの熱物理学的性質を計算しました。

熱物理学的性質は、物質に関する興味深い情報を提供します。 デバイ特性温度σは、その構造安定性、その別々の要素間の結合の強さ、構造欠陥の可用性、およびその密度を反映しています。 計算された熱物理学的性質を表３に列挙した。 実験的および理論的データの欠如のために、我々はそれらを比較することができなかった。 Ｄｅｂｙｅ温度の値をＰｅｎｇらの理論的結果と比較した。 . 私たちの結果は、他の人が報告したのと同じ傾向を示しています。 現在の化合物の熱特性の値はまだ測定または計算されていないので、我々の結果は将来の調査の予測として役立つことができます。

全体的な達成を考慮すると、利用可能な実験値および理論値と三体ポテンシャル（TBP）モデルの良好な一致が一般的にあると結論づけることが 最後に，このモデルは酸化カドミウムに対して相転移圧力，関連する体積崩壊および弾性特性を正しく与える圧縮曲線および相図を予測することに成功したと結論した。