Abstract

we have studied the structural and thermophysical properties of cadmium oxide (CdO), using the Three-Body Potential (TBP) model. As pressões de transição de fase estão associadas a um colapso súbito no volume. As pressões de transição de fase e os colapsos de volume relacionados obtidos a partir deste modelo mostram um acordo geralmente bom com os dados experimentais disponíveis. As propriedades termofísicas como a constante de força molecular, temperatura de Debye, e assim por diante, de CdO também são relatadas.

1. Introdução O grupo de óxidos de IIB-VIA apresentou um grande interesse devido às suas aplicações em várias tecnologias . Os compostos semicondutores deste grupo cristalizam-se principalmente nas estruturas Zincblende (B3), wurtzite (B4), ou ambas. O óxido de cádmio (CdO) é um dos óxidos binários com importantes propriedades eletrônicas, estruturais e ópticas. O óxido de cádmio ocorre naturalmente como o mineral raro monteponita. CdO é um semicondutor com um intervalo de banda de 2,16 eV à temperatura ambiente. Ele normalmente cristaliza em uma estrutura de sal de rocha de cloreto de sódio cúbico (NaCl), com cátion octaédrico e centros de aniões. No entanto, sob pressão, mostra uma transição de fase estrutural de primeira ordem da estrutura NaCl (B1) para CSCL (B2). Os cálculos dos primeiros princípios das estruturas cristalinas, e transição de fase, e propriedades elásticas do óxido de cádmio (CdO) foram realizados com o método da teoria funcional da densidade pseudopotencial de ondas planas por Peng et al. . Liu et al. estudou a pressão de transição de fase B1 A B2 a cerca de 90,6 GPa para CdO . Guerrero-Moreno et al. observed the ground-state properties of CdO with B1 to B2 structure, using the first 2 principles calculations. aplicamos o modelo de Potencial de três corpos (TBP) ao composto atual para estudar a transição de fase de alta pressão e outras propriedades. A necessidade de inclusão de forças de interação de três corpos foi enfatizada por muitos trabalhadores para a melhoria dos resultados . Os cálculos anteriores para transições B1-B2 basearam-se principalmente no potencial de dois corpos. Concluíram que as possíveis razões de desacordo incluem o fracasso do modelo potencial de dois organismos. Uma vez que estes estudos foram baseados em potenciais de dois corpos e não puderam explicar as violações de Cauchy (C12≠C44). Eles observaram que os resultados poderiam ser melhorados através da inclusão do efeito da não-dirigibilidade dos íons no modelo. Este modelo de Potencial de três corpos (TBP) consiste de energia de Coulomb de longo alcance, três interações corporais correspondentes à separação de vizinhos mais próxima, interação vdW (van der Waal), e energia devido à repulsão de sobreposição representada por hafemiester e Flygare (HF) potencial do tipo e estendida até os ions de segundo vizinho. O objetivo deste trabalho é investigar as propriedades estruturais e termofísicas do CdO.2. O potencial Modelo e método

Aplicação de pressão resulta diretamente na compressão levando ao aumento da transferência de carga (ou efeito de interação de três corpos ) devido à deformação da concha de elétrons sobreposta dos íons adjacentes (ou nãorigidez de íons) em sólidos. estes efeitos foram incorporados na energia livre de Gibbs.(𝐺=𝑈+𝑃𝑉−𝑇𝑆) como uma função de pressão e interações de três corpos ( TBI), que são as mais dominantes entre as muitas interações do corpo. Aqui, 𝑈 é a energia interna do sistema equivalente à energia da rede a uma temperatura próxima de zero e 𝑆 é a Entropia. A temperatura 𝑇=0 K e a pressão (𝑃) o livre de Gibbs de energias para o sal de rocha (B1, real) e CsCl (B2, hipotético) estruturas são dadas por 𝐺B1(𝑟)=𝑈B1(𝑟)+𝑃𝑉B1(𝑟),(1)𝐺B2𝑟=𝑈B2𝑟+𝑃𝑉B2𝑟.(2) Com 𝑉𝐵1(=2.00𝑟3) e 𝑉𝐵2(=1.54𝑟3) como unidade de célula de volumes para 𝐵1 e 𝐵2 fases, respectivamente. Os primeiros termos de (1) e (2) são lattice energias para 𝐵1 e 𝐵2 estruturas e eles são expressos como 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) com 𝛼𝑚 e 𝛼𝑚 como o Madelung constantes de NaCl e CsCl estrutura, respectivamente. C(C’) E D (D’) são os coeficientes globais de vander der Waal das fases B1 (B2) , 𝛽𝑖𝑗(𝑖,𝑗=1,2) são os coeficientes Pauling. Ze é a carga iônica e 𝑏(𝜌) são a dureza (faixa) parâmetros, 𝑟(𝑟) são o vizinho mais próximo separações de NaCl (CsCl) estrutura e 𝑓(𝑟) é o corpo três parâmetro force.

Estas lattice energias consiste de um Coulomb de energia (primeiro termo), três interações de corpo correspondente para o vizinho mais próximo de separação 𝑟(𝑟) (segundo mandato), vdW (van der Waal) interação (terceiro mandato), e de energia, devido à sobreposição de repulsão, representado por Hafemeister e Flygare (HF) tipo de potencial e estendida até o segundo próximo íons (restantes termos e condições).

3. Resultados e discussão

as energias livres do Gibb contêm três parâmetros do modelo . Os valores destes parâmetros foram avaliados usando a primeira e segunda ordem espaço derivados de coesivo de energia ( 𝑈 ), expresso𝑑𝑈𝑑𝑟𝑟=𝑟0𝑑=0,2𝑈𝑑𝑟2𝑟=𝑟0=9𝑘𝑟0𝐵,(5) e o seguinte método adotado anteriormente . Usando estes parâmetros do modelo e a técnica de minimização, as pressões de transição de fase de CdO foram computadas. Os dados de entrada do cristal e os parâmetros do modelo calculados estão listados no quadro 1. Temos seguido a técnica de minimização das energias livres de Gibbs de fases reais e hipotéticas. Temos minimizado 𝐺𝐵1(𝑟) e 𝐺𝐵2(𝑟) dada por (3) e (4) em diferentes pressões, a fim de obter o interionic separações 𝑟 e 𝑟 correspondente a 𝐵1 e 𝐵2 fases associadas com o mínimo de energia. O fator Δ𝐺 desempenha um papel importante na estabilidade das estruturas. A transição de fase ocorre quando Δ𝐺 se aproxima de zero (Δ𝐺→0). A pressão de transição de fase ( 𝑃 𝑡 ) é a pressão na qual δ𝐺 se aproxima de zero. At 𝑃 𝑡 these compounds undergo a (𝐵1–2) transition associated with a sudden collapse in volume showing a first-order phase transition. A figura 1 mostra a nossa atual pressão de transição de fase computada para as estruturas do tipo NaCl (𝐵1) Para o tipo CsCl (𝐵2) em CdO a 90 GPa. A pressão de transição de fase atual é ilustrada pela seta na Figura 1. Os valores calculados da pressão de transição de fase foram listados na Tabela 2 e comparados com seus resultados experimentais e outros teóricos. É interessante notar, a partir da Tabela 2 e da Figura 1, que as pressões de transição de fase ( 𝑃 𝑡 ), obtidas a partir do nosso modelo, estão em geral de acordo com dados experimentais e coincidem igualmente bem com outros resultados teóricos .

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

aref , bref .

Quadro 2

transição de fase e mudança de volume de CdO.

Figura 1

Variação de Gibb da energia livre com a pressão para o CdO.

as curvas de compressão são plotadas na Figura 2. Os valores do volume colapsam (- Δ𝑉(𝑝)/𝑉(0)) estão representados no quadro 2. Os valores experimentais e teóricos dos colapsos de volume não estão disponíveis para os compostos presentes. É claro que durante a transição de fase de NaCl para CsCl, a descontinuidade de volume no diagrama de fase de volume de pressão identifica a ocorrência de transição de fase de primeira ordem e a mesma tendência que a outra abordagem teórica. Na Figura 2, o gráfico de pressão versus volume foi traçado.

Figura 2

Variação do volume de alterar 𝑉𝑃/𝑉0 com pressão para o CdO.

além de conhecer o comportamento do interionic distância com pressão para o presente óxido, apresentamos a variação do vizinho mais próximo (nn) e próximo-vizinho mais próximo (nnn) distâncias, tanto para o 𝐵1 e 𝐵2 fases com pressão na Figura 3. As distâncias interiônicas do óxido atual diminuem ao aumentar a pressão. Os círculos abertos representam o vizinho mais próximo (nn) e os círculos sólidos representam a próxima distância vizinha mais próxima (nnn) na Figura 3 para o CdO.

Figura 3

Variação de interionic distância com pressão para o CdO.

Para aumentar ainda mais a aplicabilidade do nosso modelo, calculou-se a massa molecular constante de força (𝑓), de absorção no infravermelho de frequência (𝜐0), temperatura de Debye (𝜃𝐷), e Grunneisen parâmetro ( 𝛾 ), que são derivados diretamente do coesa energia, 𝑈(𝑟).

A compressibilidade é bem conhecido por ser dada por 𝛽=3𝐾𝑟0𝑓(6) em termos moleculares em vigor constantes 1𝑓=3𝑈𝑆𝑅𝑘𝑘’2(𝑟)+𝑟𝑈𝑆𝑅𝑘𝑘’(𝑟)𝑟=𝑟0.(7) Com 𝑈𝑆𝑅𝑘𝑘'(𝑟) como o de curta distância do vizinho mais próximo (𝑘≠𝑘) parte de 𝑈(𝑟) dada por três últimos termos em (3) e (4). Esta constante de força 𝑓 leva à frequência de absorção infravermelha com o conhecimento da massa reduzida (𝜇) dos cristais. O coeficiente de expansão térmica ( 𝛼 𝑣 ) pode ser calculado com o conhecimento de calor específico ( 𝐶 𝑣 ). As expressões foram dadas no nosso artigo anterior .

calculamos as propriedades termofísicas de CdO. As propriedades termofísicas fornecem-nos informações interessantes sobre a substância. A temperatura característica de Debye reflects reflete sua estabilidade estrutural, a força das ligações entre seus elementos separados, a disponibilidade de defeitos de estrutura e sua densidade. As propriedades termofísicas calculadas foram listadas na Tabela 3. Devido à falta de dados experimentais e teóricos, não pudemos compará-los. Comparamos o valor da temperatura de Debye com os resultados teóricos fornecidos por Peng et al. . O nosso resultado mostra a mesma tendência relatada por outros. Quanto ao melhor de nosso conhecimento, o valor das propriedades térmicas para os compostos presentes ainda não foi medido ou calculado, portanto nossos resultados podem servir como uma previsão para futuras investigações.

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

aref .

Tabela 3

propriedades Termofísicas do CdO.

tendo em conta as realizações globais, pode concluir-se que existe geralmente um bom acordo entre o modelo de Potencial de três corpos (TBP) e os valores experimentais e teóricos disponíveis. Por último, pode concluir-se que o presente modelo previu com sucesso as curvas de compressão e os diagramas de fase que dão as pressões de transição de fase, os colapsos de volume associados e as propriedades elásticas correctamente para o óxido de cádmio.