rezumat

am studiat proprietățile structurale și termofizice ale oxidului de cadmiu (CdO), folosind modelul potențial cu trei corpuri (TBP). Presiunile de tranziție de fază sunt asociate cu o prăbușire bruscă a volumului. Presiunile de tranziție de fază și colapsurile de volum aferente obținute din acest model arată un acord în general bun cu datele experimentale disponibile. Proprietățile termofizice, cum ar fi Constanta forței moleculare, temperatura Debye și așa mai departe, ale CdO sunt, de asemenea, raportate.

1. Introducere

grupul de oxizi IIB-VIA a prezentat un mare interes datorită aplicațiilor lor în diverse tehnologii . Compușii semiconductori ai acestui grup cristalizează mai ales în zincblende (B3), wurtzite (B4) sau ambele structuri. Oxidul de cadmiu (CdO) este unul dintre oxizii binari având proprietăți electronice, structurale și optice importante. Oxidul de cadmiu apare în mod natural ca mineralul rar monteponit. CdO este un semiconductor cu un decalaj de bandă de 2,16 eV la temperatura camerei. În mod normal, cristalizează într-o structură cubică de clorură de sodiu (NaCl), cu cationi octaedrici și centre de anioni. Cu toate acestea, sub presiune, prezintă o tranziție de fază structurală de ordinul întâi de la structura NaCl (B1) la CsCl (B2). Calculele primelor principii ale structurilor cristaline și ale tranziției de fază și ale proprietăților elastice ale oxidului de cadmiu (CdO) au fost efectuate cu metoda teoriei funcționale a densității pseudopotențiale a undelor plane de Peng și colab. . Liu și colab. a studiat presiunea de tranziție de fază B1 la B2 la aproximativ 90,6 GPa pentru CdO . Guerrero-Moreno și colab. observat proprietățile starea de bază a CdO CU B1 la structura B2, folosind primele 2 calcule principii.

am aplicat modelul potențial cu trei corpuri (TBP) la compusul prezent pentru a studia tranziția de fază de înaltă presiune și alte proprietăți. Necesitatea includerii forțelor de interacțiune cu trei corpuri a fost subliniată de mulți lucrători pentru îmbunătățirea rezultatelor . Calculele anterioare pentru tranzițiile B1-B2 s-au bazat în principal pe potențialul cu două corpuri. Ei au ajuns la concluzia că posibilele motive pentru dezacorduri includ eșecul modelului potențial cu două corpuri. Deoarece aceste studii s-au bazat pe potențiale cu două corpuri și nu au putut explica încălcările Cauchy (C12 C44). Ei au remarcat că rezultatele ar putea fi îmbunătățite prin includerea efectului nonrigidității ionilor în model. Acest model de potențial cu trei corpuri (TBP) constă din energie Coulomb cu rază lungă de acțiune, trei interacțiuni ale corpului corespunzătoare celei mai apropiate separări a vecinului, interacțiune VDW (van der Waal) și energie datorită repulsiei suprapuse reprezentate de potențialul de tip Hafemiester și Flygare (HF) și extins până la ionii celui de-al doilea vecin. Scopul acestei lucrări este de a investiga proprietățile structurale și termofizice ale CdO.

2. Modelul potențial și metoda

aplicarea presiunii are ca rezultat direct compresia care duce la transferul crescut de sarcină (sau efectul de interacțiune cu trei corpuri ) datorită deformării învelișului de electroni suprapus al ionilor adiacenți (sau nonrigiditatea ionilor) în solide.

aceste efecte au fost încorporate în energia liberă Gibbs (𝐺=𝑈+𝑃𝑉−𝑇𝑆) în funcție de presiune și interacțiuni cu trei corpuri (TBI) , care sunt cele mai dominante dintre numeroasele interacțiuni ale corpului. Aici, energia internă a sistemului este echivalentă cu energia rețelei la temperaturi apropiate de zero, iar cea internă este entropia. La temperatura 𝑇=0 K și presiune (𝑃) liberă Gibbs energiile pentru sare (B1, real) și CsCl (B2, ipotetic) structuri sunt date de 𝐺B1(𝑟)=𝑈B1(𝑟)+𝑃𝑉B1(𝑟),(1)𝐺B2𝑟=𝑈B2𝑟+𝑃𝑉B2𝑟.(2), cu numărul 1 (=2,00, numărul 3) și 𝑉𝐵2(=1.54𝑟3) ca Volume unitare de celule pentru fazele 1 și, respectiv, 2, de la articolul 1. Primii termeni de la alineatele (1) și (2) sunt energii de rețea pentru structurile de la articolele 1 și 2 de la articolele 2 și sunt exprimați ca 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) având ca constante Madelung pentru structura NaCl și, respectiv, CSCL, valorile de la sec. C (C’) și D(D’) sunt coeficienții generali vander der Waal ai fazelor B1 (B2, 𝛽𝑖𝑗(𝑖,𝑗=1,2) sunt coeficienții Pauling. Ze este sarcina ionică și 𝑏(𝜌) sunt duritatea (gama) parametri, 𝑟(𝑟) sunt cel mai apropiat vecin separări de NaCl (CsCl) structura și 𝑓(𝑟) este de trei vigoare corp parametru.

aceste energii de rețea constau în energie Coulomb cu rază lungă de acțiune (primul termen), Interacțiuni cu trei corpuri corespunzătoare celei mai apropiate separări de vecini (al doilea termen), interacțiune VDW (van der Waal) (al treilea termen) și energie datorată repulsiei de suprapunere reprezentată de potențialul de tip hafemeister și Flygare (Hf) și extinsă până la ionii celui de-al doilea vecin (Termeni rămași).

3. Rezultate și discuții

energiile libere ale Gibb conțin trei parametri de model . Valorile acestor parametri au fost evaluate folosind derivații spațiali de ordinul I și II ai energiei coezive (XV) exprimate ca𝑑𝑈𝑑𝑟𝑟=𝑟0𝑑=0,2𝑈𝑑𝑟2𝑟=𝑟0=9𝑘𝑟0𝐵,(5) și după metoda adoptată mai devreme . Folosind acești parametri de model și tehnica de minimizare, au fost calculate presiunile de tranziție de fază ale CdO. Datele de intrare ale cristalului și parametrii modelului calculat sunt enumerate în tabelul 1. Am urmat tehnica minimizării energiilor libere Gibbs ale fazelor reale și ipotetice. Am minimizat 𝐺𝐵1(𝑟) și 𝐺𝐵2(𝑟) dat de (3) și (4) la diferite presiuni, în scopul de a obține interionic separări 𝑟 și 𝑟 corespunzătoare 𝐵1 și 𝐵2 faze asociate cu minim de energii. Factorul XV joacă un rol important în stabilitatea structurilor. Tranziția de fază are loc atunci când se apropie de zero (0). Presiunea de tranziție a fazelor (XV) este presiunea la care se apropie de zero. La acest moment, acești compuși trec printr-o tranziție (1-2) asociată cu o prăbușire bruscă a volumului care prezintă o tranziție de fază de ordinul întâi. Figura 1 prezintă presiunea actuală de tranziție de fază calculată pentru structurile de tip NaCl (1) la CsCl (2) în CdO la 90 GPa. Presiunea actuală de tranziție de fază este ilustrată prin săgeată în Figura 1. Valorile calculate ale presiunii de tranziție de fază au fost enumerate în tabelul 2 și comparate cu rezultatele lor experimentale și alte rezultate teoretice. Este interesant de observat din tabelul 2 și din Figura 1 că presiunile de tranziție de fază (XV), obținute din modelul nostru, sunt, în general, în acord mai strâns cu datele experimentale și se potrivesc la fel de bine cu alte rezultate teoretice .

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

aref , bref .

Tabelul 2

tranziția de fază și Modificarea volumului CdO.

Figura 1

variația energiei libere a Gibb cu presiunea pentru CdO.

curbele de compresie sunt reprezentate grafic în Figura 2. Valorile colapsului de volum (- XV𝑉(𝑝)/𝑉(0)) sunt prezentate în tabelul 2. Valorile experimentale și teoretice ale colapsurilor de volum nu sunt disponibile pentru compușii prezenți. Este clar că în timpul tranziției de fază de la NaCl la CsCl, discontinuitatea volumului în diagrama de fază a volumului de presiune identifică apariția tranziției de fază de ordinul întâi și aceeași tendință ca și cealaltă abordare teoretică. În Figura 2 graficul presiune versus volum a fost reprezentat grafic.

Figura 2

variația variației de volum pentru CdO.

În plus, pentru a cunoaște comportamentul distanței interionice cu presiune pentru oxidul prezent, prezentăm variația distanțelor vecinului cel mai apropiat (NN) și vecinului cel mai apropiat (nnn) atât pentru fazele 1 și 2 cu presiune în figura 3. Distanțele interionice ale oxidului prezent scad la creșterea presiunii. Cercurile deschise reprezintă cel mai apropiat vecin (nn) și cercurile solide reprezintă distanța vecinului cel mai apropiat (nnn) din Figura 3 pentru CdO.

Figura 3

variația distanței interionice cu presiunea pentru CdO.

Pentru a crește în continuare aplicabilitatea modelului nostru, am calculat moleculară forță constantă (𝑓), de absorbție în infraroșu frecvență (𝜐0), temperatura Debye (𝜃𝐷), și Grunneisen parametru (𝛾) care sunt direct derivate din coeziv energie, 𝑈(𝑟).

compresibilitatea este bine cunoscută a fi dată de 𝛽=3𝐾𝑟0𝑓(6) în termeni de constante de forță moleculară 1𝑓=3𝑈𝑆𝑅𝑘𝑘’2(𝑟)+𝑟𝑈𝑆𝑅𝑘𝑘’(𝑟)𝑟=𝑟0.(7) având în vedere ultimele trei mențiuni de la pct. (3) și pct. (4), secțiunea de proximitate a zonei de proximitate a zonei de proximitate a zonei de proximitate a zonei de proximitate a zonei de proximitate a zonei de proximitate a zonei de proximitate a zonei de proximitate a zonei de proximitate a zonei de proximitate. Aceasta constanta de forta a cristalelor, cu o frecventa de absorbtie in infrarosu, conduce la cunoasterea masei reduse a cristalelor. Coeficientul de dilatare termica (XV) poate fi calculat cu cunostinta de caldura specifica (XV). Expresiile au fost date în lucrarea noastră anterioară .am calculat proprietățile termofizice ale CdO. Proprietățile termofizice ne oferă informații interesante despre substanță. Temperatura caracteristică Debye Ecuador reflectă stabilitatea structurii sale, rezistența legăturilor dintre elementele sale separate, disponibilitatea defectelor de structură și densitatea sa. Proprietățile termofizice calculate au fost enumerate în tabelul 3. Din cauza lipsei datelor experimentale și teoretice, nu le-am putut compara. Am comparat valoarea temperaturii Debye cu rezultatele teoretice furnizate de Peng și colab. . Rezultatul nostru arată aceeași tendință ca și cea raportată de alții. În ceea ce privește cele mai bune cunoștințe, valoarea proprietăților termice pentru compușii prezenți nu a fost încă măsurată sau calculată, prin urmare rezultatele noastre pot servi drept predicție pentru investigații viitoare.

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

aref .

Tabelul 3

proprietățile termofizice ale CdO.

având în vedere realizările globale, se poate concluziona că există, în general, un acord bun al modelului potențial cu trei corpuri (TBP) cu valorile experimentale și teoretice disponibile. În cele din urmă, se poate concluziona că modelul actual a prezis cu succes curbele de compresie și diagramele de fază care dau presiunile de tranziție de fază, colapsurile de volum asociate și proprietățile elastice corect pentru oxidul de cadmiu.