Abstract

Vi har studert de strukturelle og termofysiske egenskapene til kadmiumoksid (CdO), ved Hjelp Av Three-Body Potential (TBP) modell. Faseovergangstrykk er forbundet med en plutselig sammenbrudd i volum. Faseovergangstrykket og tilhørende volumkollaps oppnådd fra denne modellen viser en generelt god avtale med tilgjengelige eksperimentelle andre data. De termofysiske egenskaper som molekylær kraft konstant, Debye temperatur, og så videre, Av CdO er også rapportert.

1. Innledning

gruppen av iib-via oksider har presentert stor interesse på grunn av deres applikasjoner i ulike teknologier . De halvledende forbindelsene i denne gruppen krystalliserer for det meste i sincblende (B3), wurtzitt (B4) eller begge strukturer. Kadmiumoksid (cdo) er en av de binære oksider som har viktige elektroniske, strukturelle og optiske egenskaper. Kadmiumoksid forekommer naturlig som det sjeldne mineralet monteponitt. CdO er en halvleder med et båndgap på 2,16 eV ved romtemperatur. Det krystalliserer normalt i en kubisk natriumklorid (NaCl) rock-salt struktur, med oktaediske kation og anion sentre. Men under trykk viser det en førsteordens strukturell faseovergang fra NaCl (B1) Til CsCl (B2) struktur . Første-prinsipper beregninger av krystallstrukturer, og faseovergang, og elastiske egenskaper av kadmiumoksid (CdO) har blitt utført med planet-bølge pseudopotensial tetthet funksjonell teori metode Ved Peng et al. . Liu et al. studerte B1 Til B2 faseovergangstrykk ved ca 90,6 GPa For CdO . Guerrero-Moreno et al. observert grunntilstandsegenskapene Til CdO Med B1 Til B2 struktur, ved hjelp av de første 2 prinsippberegningene.

Vi har brukt Three-Body Potential (Tbp) – modellen til den nåværende forbindelsen for å studere høytrykksfaseovergang og andre egenskaper. Behovet for inkludering av tre-kroppsinteraksjonskrefter ble understreket av mange arbeidere for å forbedre resultatene . Tidligere beregninger for b1-B2-overganger var hovedsakelig basert på to-kroppspotensial. De konkluderte med at mulige årsaker til uenigheter inkluderer feilen i to-kroppspotensialmodellen. Siden disse studiene var basert på tokroppspotensialer og ikke kunne forklare cauchy-brudd (C12≠C44). De bemerket at resultatene kunne forbedres ved å inkludere effekten av ikke-rigiditet av ioner i modellen. Denne Tbp-modellen består av langtrekkende Coulomb-energi, tre kroppsinteraksjoner som svarer til nærmeste naboseparasjon, vdw (van Der Waal) – interaksjon og energi på grunn av overlappende frastøting representert Av Hafemiester og Flygare (Hf)-type potensial og utvidet opp til andre naboioner. Formålet med dette arbeidet er å undersøke De strukturelle og termofysiske egenskapene Til CdO.

2. Potensiell Modell og Metode

Påføring av trykk resulterer direkte i kompresjon som fører til økt ladningsoverføring (eller tre kroppsinteraksjonseffekt ) på grunn av deformasjonen av det overlappende elektronskallet av tilstøtende ioner (eller ikke-rigiditet av ioner) i faste stoffer.

disse effektene har blitt innlemmet I Gibbs free energy (𝐺=𝑈+𝑃𝑉−𝑇𝑆) som en funksjon av trykk og tre-kropps interaksjoner (tbi) , som er den mest dominerende blant de mange kropps interaksjoner. Her er 𝑈 den interne energien til systemet som tilsvarer gitterenergien ved temperatur nær null og 𝑆 er entropi. Ved temperatur 𝑇=0 K og trykk (𝑃) den Gibbs fri energi for rock salt (B1, real) og CsCl (B2, hypotetisk) strukturer er gitt av 𝐺B1(𝑟)=𝑈B1(𝑟)+𝑃𝑉B1(𝑟),(1)𝐺B2𝑟=𝑈B2𝑟+𝑃𝑉B2𝑟.(2) med 𝑉 𝐵 1 (=2.00 𝑟 3) og 𝑉𝐵2(=1.54𝑟3) som enhetscellevolum for henholdsvis 𝐵1 og 𝐵2 faser. De første begrepene i (1) og (2) er gitterenergier for 𝐵1 og 𝐵2 strukturer og de uttrykkes 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 𝛼 𝑚 og 𝛼 � 𝑚 Som madelungekonstanter For Henholdsvis nacl Og Cscl Struktur. C (C’) og D(D’) er de samlede vander der Waal-koeffisientene For b1 (B2) faser, 𝛽𝑖𝑗(𝑖,𝑗=1,2) Er Pauling koeffisientene. Ze er ionic lade og 𝑏(𝜌) er den hardhet (område) parametere, 𝑟(𝑟) er nærmeste nabo separasjoner for NaCl (CsCl) struktur og 𝑓(𝑟) er de tre kropp kraft parameter.

disse gitterenergiene består av Langtrekkende Coulomb-energi (første semester), tre-kroppsinteraksjoner som svarer til nærmeste naboseparasjon 𝑟 ( 𝑟 � ) (andre semester), vdw (van der waal) – interaksjon (tredje semester) og energi på grunn av overlappende frastøting representert av hafemeister Og flygare (hf) – type potensial og utvidet opp til de andre naboioner (gjenværende termer).

3. Resultater og Diskusjon

Gibbs frie energier inneholder tre modellparametere . Verdiene av disse parametrene har blitt evaluert ved hjelp av første – og andreordens romderivater av den kohesive energien (𝑈) uttrykt som𝑑𝑈𝑑𝑟𝑟=𝑟0𝑑=0,2𝑈𝑑𝑟2𝑟=𝑟0=9𝑘𝑟0𝐵,(5) og følgende metode vedtatt tidligere . Ved hjelp av disse modellparametrene og minimeringsteknikken har faseovergangstrykk Av CdO blitt beregnet. Inngangsdataene for krystall-og beregnede modellparametere er oppført i Tabell 1. Vi har fulgt teknikken for minimering Av Gibbs frie energier av ekte og hypotetiske faser. Vi har minimert 𝐺𝐵1(𝑟) og 𝐺𝐵2(𝑟) gitt ved (3) og (4) ved ulike trykk for å få interionic separasjoner 𝑟 og 𝑟 tilsvarende 𝐵1 og 𝐵2 faser assosiert med et minimum av energi. Faktoren Δ 𝐺 spiller en viktig rolle i stabiliteten av strukturer. Faseovergangen skjer når Δ 𝐺 nærmer seg null (δ 𝐺 → 0). Faseovergangstrykket ( 𝑃 𝑡 ) er trykket der δ 𝐺 Nærmer seg null. Ved 𝑃 𝑡 disse forbindelsene gjennomgår en (𝐵1-𝐵2) overgang assosiert med en plutselig kollaps i volum som viser en førsteordens faseovergang. Figur 1 viser vårt nåværende beregnede faseovergangstrykk for nacl-type (𝐵1) Til CsCl-type (𝐵2) strukturer i CdO ved 90 GPa. Nåværende faseovergangstrykk er illustrert med pil i Figur 1. De beregnede verdiene for faseovergangstrykk er oppført I Tabell 2 og sammenlignet med deres eksperimentelle og andre teoretiske resultater. Det er interessant å merke Seg Fra Tabell 2 Og Figur 1 at faseovergangstrykket ( 𝑃 𝑡 ), hentet fra vår modell, generelt er nærmere enig med eksperimentelle data og samsvarer like godt med andre teoretiske resultater .

Solid Phase transition pressure (GPa) Volume collapse % Present Expt. Others Present CdO 90 91–102a 102.5b, 83.1b 6.15

ref , bref .

Tabell 2

Faseovergang og volumendring Av CdO.

kompresjonskurvene er tegnet inn I Figur 2. Verdiene av volumet kollapser (- Δ𝑉(𝑝)/𝑉(0)) er vist I Tabell 2. De eksperimentelle og teoretiske verdiene av volumkollaps er ikke tilgjengelige for de nåværende forbindelsene. Det er klart at under faseovergangen Fra NaCl Til CsCl identifiserer volumdiskontinuiteten i trykkvolumfasediagrammet forekomsten av førsteordensfaseovergang og den samme trenden som den andre teoretiske tilnærmingen. I Figur 2 er trykket mot volumgrafen plottet.

i tillegg til å kjenne oppførselen til den indre avstanden med trykk for det nåværende oksydet, presenterer vi variasjonen av nærmeste nabo (nn) og nærmeste nabo (nnn) avstander for både 𝐵1 og 𝐵2 faser med trykk i Figur 3. De indre avstandene til det nåværende oksydet reduseres ved å øke trykket. De åpne sirklene representerer nærmeste nabo (nn) og faste sirkler representerer nærmeste nærmeste nabo (nnn) avstand I Figur 3 For CdO.

for Å ytterligere øke anvendeligheten av vår modell har vi beregnet den molekylære kraft konstant (𝑓), infrarød absorpsjon frekvens (𝜐0), Debye temperatur (𝜃𝐷), og Grunneisen parameter (𝛾) som er direkte avledet fra helhetlig energi, 𝑈(𝑟).

kompressibiliteten er kjent for å bli gitt av 𝛽=3𝐾𝑟0𝑓(6) når det gjelder molekylære kraftkonstanter 1𝑓=3𝑈𝑆𝑅𝑘𝑘’2(𝑟)+𝑟𝑈𝑆𝑅𝑘𝑘’(𝑟)𝑟=𝑟0.(7) med 𝑈 𝑆 𝑅 𝑘 𝑘 ‘ ( 𝑟 ) som den korte avstanden til nærmeste nabo ( 𝑘 ≠ 𝑘 � ) en del av 𝑈 (7) gitt av de tre siste vilkårene i (3) og (4). Denne kraftkonstanten 𝑓 fører til infrarød absorpsjonsfrekvens med kunnskap om den reduserte massen (𝜇) av krystallene. Den termiske ekspansjonskoeffisienten ( 𝛼 𝑣 ) kan beregnes med kunnskap om spesifikk varme ( 𝐶 𝑣 ). Uttrykkene er gitt i vår tidligere papir .

Vi har beregnet de termofysiske egenskapene Til CdO. De termofysiske egenskapene gir oss den interessante informasjonen om stoffet. Debye karakteristiske temperatur 𝜃 𝐷 reflekterer strukturstabiliteten, styrken av bindinger mellom de enkelte elementene, strukturfeil tilgjengelighet og dens tetthet. De beregnede termofysiske egenskapene er oppført i Tabell 3. På grunn av mangel på eksperimentelle og teoretiske data kunne vi ikke sammenligne dem. Vi har sammenlignet Verdien Av Debye temperatur med teoretiske resultater levert Av Peng et al. . Vårt resultat viser den samme trenden som rapportert av andre. Når det gjelder vår kunnskap, har verdien av de termiske egenskapene for nåværende forbindelser ennå ikke blitt målt eller beregnet, derfor kan resultatene våre tjene som en prediksjon for fremtidige undersøkelser.

i lys av de samlede oppnåelser, kan det konkluderes med at det er generelt en god avtale Av Tre-Legeme Potensial (Tbp) modell med de tilgjengelige eksperimentelle og teoretiske verdier. Endelig, det kan konkluderes med at den foreliggende modellen har lykkes spådd kompresjonskurver og fasediagrammer som gir faseovergangstrykk, tilhørende volum kollapser, og elastiske egenskaper riktig for kadmiumoksid.