Streszczenie

badaliśmy właściwości strukturalne i termofizyczne tlenku kadmu (CDO), wykorzystując model potencjału trzech ciał (TBP). Ciśnienie przejścia fazowego wiąże się z nagłym załamaniem objętości. Ciśnienia przejścia fazowego i związane z nimi spadki objętości uzyskane z tego modelu wykazują ogólnie dobrą zgodność z dostępnymi eksperymentalnymi innymi danymi. Właściwości termofizyczne, takie jak stała siły molekularnej, temperatura Debye ’ a i tak dalej, CDO są również zgłaszane.

1. Wprowadzenie

Grupa tlenków IIB-VIA cieszy się dużym zainteresowaniem ze względu na ich zastosowanie w różnych technologiach . Półprzewodnikowe związki tej grupy krystalizują głównie w cynkblendzie (B3), wurtycie (B4) lub obu strukturach. Tlenek kadmu (CDO) jest jednym z dwuskładnikowych tlenków o ważnych właściwościach elektronicznych, strukturalnych i optycznych. Tlenek kadmu występuje naturalnie jako rzadki minerał monteponit. CdO jest półprzewodnikiem o szczelinie pasmowej 2,16 eV w temperaturze pokojowej. Zwykle krystalizuje w strukturze soli kamiennej chlorku sodu (NaCl), z ośmiościanowymi kationami i ośrodkami anionowymi. Jednak pod ciśnieniem wykazuje Przejście fazy strukturalnej pierwszego rzędu ze struktury NaCl (B1) do CSCL (B2). Pierwsze zasady obliczeń struktur krystalicznych, przejścia fazowego i właściwości sprężystych tlenku kadmu (CdO) zostały przeprowadzone za pomocą metody teorii funkcjonalnej gęstości pseudopotencjalnej płasko-falowej Peng et al. . Liu et al. zbadano ciśnienie przejścia fazy B1 do B2 przy około 90,6 GPa dla CdO . Guerrero-Moreno et al. obserwował właściwości stanu podstawowego CdO ze strukturą B1 do B2, korzystając z pierwszych obliczeń 2 zasad.

zastosowaliśmy model potencjału trzech ciał (TBP) do niniejszego związku, aby zbadać przejście fazowe pod wysokim ciśnieniem i inne właściwości. Potrzeba włączenia sił interakcji trzech ciał została podkreślona przez wielu pracowników w celu poprawy wyników . Wcześniejsze obliczenia przejścia B1-B2 opierały się głównie na potencjale dwuczłonowym. Doszli do wniosku, że możliwe przyczyny nieporozumień obejmują niepowodzenie modelu potencjału dwuczłonowego. Ponieważ badania te opierały się na potencjałach dwuczłonowych i nie potrafiły wyjaśnić naruszeń Cauchy ’ ego (C12≠C44). Zauważyli oni, że wyniki można poprawić, włączając do modelu efekt braku sztywności jonów. Ten model potencjału trzech ciał (TBP) składa się z energii dalekiego zasięgu Coulomba, trzech oddziaływań ciała odpowiadających separacji najbliższego sąsiada, interakcji VDW (van der Waal) i energii spowodowanej odpychaniem zachodzenia reprezentowanym przez potencjał Hafemiestra i Flygare (HF) i rozszerzonym do jonów drugiego sąsiada. Celem pracy jest zbadanie właściwości strukturalnych i termofizycznych CdO.

2. Potencjalny Model i sposób

zastosowanie ciśnienia bezpośrednio powoduje kompresję prowadzącą do zwiększonego transferu ładunku (lub efektu interakcji trzech ciał ) z powodu deformacji pokrywającej się powłoki elektronowej sąsiednich jonów (lub braku sztywności jonów) w ciałach stałych.

efekty te zostały włączone do energii swobodnej Gibbsa(𝐺=𝑈+𝑃𝑉−𝑇𝑆) w funkcji nacisku i oddziaływań trójdzielnych (TBI) , które są dominujące wśród wielu oddziaływań międzyludzkich. Tutaj 𝑈 jest energią wewnętrzną układu równoważną energii sieci w temperaturze bliskiej zeru, a 𝑆 jest entropią. W temperaturze 𝑇=0 k i ciśnieniu (𝑃) wolnych energii Gibbsa dla soli kamiennej (B1, operacje) i CsCl (B2, hipotetyczny) struktur dać B1 𝐺(𝑟)=B1𝑈(𝑟)+𝑃𝑉B1(𝑟),(1)𝐺B2 Ci𝑟Dir Dir=𝑈B2 Ci𝑟 … cych Siä+𝑃𝑉B2 ci𝑟dzie ci.(2) z 𝑉 𝐵 1 (=2,00 𝑟 3) i 𝑉𝐵2(=1.54𝑟3) jako jednostkowe objętości komórek odpowiednio dla 𝐵1 i 𝐵2 FAZ. Pierwsze wyrażenia w (1) i (2) są energiami sieci dla struktur 𝐵1 i 𝐵2 i są wyrażone 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) z 𝛼 𝑚 i � An � jako stałymi Madelunga dla struktury NaCl i CsCl, odpowiednio. C (C’) i D(D’) są ogólnymi współczynnikami vander der Waala faz B1 (B2) , 𝛽𝑖𝑗(𝑖,𝑗=1,2) są współczynnikami Paulinga. See-jonowy ładowanie i 𝑏(𝜌) są twardość (zakres) parametrów, 𝑟 (𝑟ci) są najbliższymi aby ktoś za nimi tęsknił sąsiedzi dla NaCl (CsCl) i 𝑓 ( 𝑟 ) – to tylko trzy parametry siły organizmu.

te energie sieciowe składają się z energii Coulomba dalekiego zasięgu (pierwszy termin), oddziaływań trzech ciał odpowiadających separacji najbliższego sąsiada 𝑟 (  ) (drugi termin), oddziaływań VDW (van der Waal) (trzeci termin) i energii spowodowanej odpychaniem na siebie reprezentowanym przez potencjał typu Hafemeister i Flygare (HF) i rozszerzonej do jonów drugiego sąsiada (pozostałe terminy).

3. Wyniki i dyskusja

wolne Energie Gibba zawierają trzy parametry modelu . Wartości tych parametrów zostały ocenione przy użyciu pochodnych przestrzeni pierwszego i drugiego rzędu energii spoistej ( 𝑈 ) wyrażonych jako𝑑𝑈𝑑𝑟𝑟=𝑟0𝑑=0,2𝑈𝑑𝑟2𝑟=𝑟0=9𝑘𝑟0𝐵,(5) i zgodnie z przyjętą wcześniej metodą . Wykorzystując te parametry modelu i technikę minimalizacji, obliczono ciśnienia przejścia fazowego CdO. Dane wejściowe kryształów i obliczonych parametrów modelu są wymienione w tabeli 1. Zastosowaliśmy technikę minimalizacji wolnych energii Gibbsa faz rzeczywistych i hipotetycznych. Możemy zminimalizować 𝐺𝐵1(𝑟) i 𝐺𝐵2 (𝑟ci) Dana (3) i (4) przy różnych ciśnieniach do tego, aby uzyskać interionic aby ktoś za nimi tęsknił i 𝑟 𝑟 ci odpowiednie 𝐵1 i 𝐵2 fazy, związane z minimum energii. Czynnik Δ𝐺 odgrywa ważną rolę w stabilności konstrukcji. Przejście fazowe następuje, gdy Δ𝐺 zbliża się do zera (Δ𝐺→0). Ciśnienie przejścia fazowego ( 𝑃 𝑡 ) jest ciśnieniem, przy którym δ 𝐺 zbliża się do zera. W 𝑃 𝑡 związki te przechodzą (𝐵1-𝐵2) przejście związane z nagłym załamaniem objętości, wykazując przejście fazowe pierwszego rzędu. Rysunek 1 pokazuje nasze obecne obliczone ciśnienie przejścia fazowego dla struktur typu NaCl (𝐵1) do struktur typu CsCl (𝐵2) w CdO przy 90 GPa. Obecne ciśnienie przejścia fazowego ilustruje strzałka na fig. 1. Obliczone wartości ciśnienia przejścia fazowego zostały wymienione w tabeli 2 i porównane z ich wynikami doświadczalnymi i innymi wynikami teoretycznymi. Interesujące jest, aby zauważyć z tabeli 2 i Rysunku 1, że ciśnienia przejścia fazowego ( 𝑃 𝑡 ), uzyskane z naszego modelu, są na ogół w bliższej zgodzie z danymi eksperymentalnymi i równie dobrze pasują do innych wyników teoretycznych .

krzywe kompresji są wykreślone na rysunku 2. Wartości objętości (- Δ𝑉(𝑝)/𝑉(0)) są przedstawione w tabeli 2. Dla prezentowanych związków nie są dostępne wartości doświadczalne i teoretyczne rozpadów objętości. Oczywiste jest, że podczas przejścia fazowego z NaCl na CsCl, nieciągłość objętościowa na wykresie fazy objętościowej ciśnienia identyfikuje występowanie przejścia fazowego pierwszego rzędu i taki sam trend jak inne podejście teoretyczne. Na fig. 2 wykreślono wykres ciśnienia w stosunku do objętości.

Rysunek 2

Zmiana zmiany objętości 𝑉 𝑃 /𝑉0 z ciśnieniem dla CDO.

dodatkowo, aby poznać zachowanie odległości międzymiastowej z ciśnieniem dla obecnego tlenku, przedstawiamy zmianę odległości najbliższego sąsiada (nn) i najbliższego sąsiada (nnn) dla faz 𝐵1 i 𝐵2 z ciśnieniem na rysunku 3. Odległości międzyjonowe obecnego tlenku zmniejszają się przy wzroście ciśnienia. Koła otwarte reprezentują najbliższy sąsiad (nn), a koła stałe reprezentują najbliższy sąsiad (NNN) odległość na rysunku 3 dla CdO.

Rysunek 3

zmiana odległości międzymiastowej z ciśnieniem dla CdO.w

aby jeszcze bardziej zwiększyć przydatności naszego modelu obliczyliśmy molekularne siły stałej (𝑓), absorpcja promieniowania podczerwonego częstotliwości (𝜐0), temperatura debye ’ a (𝜃𝐷), i Grunneisen parametr ( 𝛾 ), które pochodzą bezpośrednio od когезионной energii, 𝑈(𝑟).

ściśliwość jest powszechnie znana jako 𝛽=3𝐾𝑟0𝑓(6) pod względem stałych sił molekularnych 1𝑓=3𝑈𝑆𝑅𝑘𝑘’2(𝑟)+𝑟𝑈𝑆𝑅𝑘𝑘’(𝑟)𝑟=𝑟0.(7) z 𝑈 𝑆 𝑅 𝑘 𝑘 ’ ( 𝑟 ) jako najbliższym najbliższym sąsiadem ( 𝑘 ≠ 𝑘 � ) części 𝑈 (() podanej przez ostatnie trzy terminy w (3) i (4). Ta stała siły 𝑓 prowadzi do częstotliwości absorpcji w podczerwieni ze znajomością zmniejszonej masy ( 𝜇 ) kryształów. Współczynnik rozszerzalności cieplnej ( 𝛼 𝑣 ) można obliczyć ze znajomością ciepła właściwego ( 𝐶 𝑣 ). Wyrażenia zostały podane w naszej wcześniejszej pracy .

obliczyliśmy właściwości termofizyczne CdO. Właściwości termofizyczne dostarczają nam ciekawych informacji na temat substancji. Temperatura charakterystyczna dla Debye ’ a odzwierciedla jego stabilność struktury, wytrzymałość wiązań między jej oddzielnymi elementami, dostępność wad struktury i gęstość. Obliczone właściwości termofizyczne zostały wymienione w tabeli 3. Ze względu na brak danych eksperymentalnych i teoretycznych nie mogliśmy ich porównać. Porównaliśmy wartość temperatury Debye ’ a z teoretycznymi wynikami dostarczonymi przez Peng et al. . Nasz wynik pokazuje ten sam trend, co inni. Zgodnie z naszą najlepszą wiedzą wartość właściwości termicznych dla obecnych związków nie została jeszcze zmierzona ani obliczona, dlatego nasze wyniki mogą służyć jako prognoza dla przyszłych badań.

biorąc pod uwagę ogólne osiągnięcia, można stwierdzić, że istnieje ogólnie dobra zgodność modelu potencjału trzech ciał (TBP) z dostępnymi wartościami eksperymentalnymi i teoretycznymi. Na koniec można stwierdzić, że obecny model z powodzeniem przewidział krzywe ściskania i wykresy faz, podając ciśnienia przejścia fazowego, związane z tym załamania objętości i właściwości sprężyste dla tlenku kadmu.