Abstrakt

Vi har studerat de strukturella och termofysiska egenskaperna hos kadmiumoxid (CdO) med hjälp av Trekroppspotentialmodellen (TBP). Fasövergångstryck är förknippade med en plötslig kollaps i volym. Fasövergångstrycket och relaterade volymkollapser erhållna från denna modell visar ett generellt bra avtal med tillgängliga experimentella andra data. De termofysiska egenskaperna som molekylär kraft konstant, Debye temperatur, och så vidare, av CdO rapporteras också.

1. Inledning

gruppen av IIB-via oxider har presenterat ett stort intresse på grund av deras tillämpningar inom olika tekniker . De halvledande föreningarna i denna grupp kristalliserar mestadels i zinkblende (B3), wurtzite (B4) eller båda strukturerna. Kadmiumoxid (CdO) är en av de binära oxiderna som har viktiga elektroniska, strukturella och optiska egenskaper. Kadmiumoxid förekommer naturligt som det sällsynta mineralet monteponite. CdO är en halvledare med ett bandgap på 2,16 eV vid rumstemperatur. Det kristalliserar normalt i en kubisk natriumklorid (NaCl) bergsalt struktur, med oktaedrisk katjon och anjoncentra. Men under tryck visar det en första ordningens strukturella fasövergång från NaCl (B1) till CsCl (B2) struktur . Första principer beräkningar av kristallstrukturerna och fasövergången och elastiska egenskaper hos kadmiumoxid (CdO) har utförts med planvågens pseudopotentialdensitetsfunktionsteori metod av Peng et al. . Liu et al. studerade B1 till B2-fasövergångstrycket vid cirka 90,6 GPa för CdO . Guerrero-Moreno et al. observerade marktillståndsegenskaperna hos CdO med B1 till B2-struktur, med hjälp av de första 2 principberäkningarna.

Vi har tillämpat Trekroppspotentialmodellen (TBP) på föreliggande förening för att studera högtrycksfasövergången och andra egenskaper. Behovet av att inkludera interaktionskrafter med tre kroppar betonades av många arbetare för att förbättra resultaten . Tidigare beräkningar för B1-B2-övergångar baserades huvudsakligen på tvåkroppspotential. De drog slutsatsen att möjliga orsaker till oenigheter inkluderar misslyckandet av tvåkroppspotentialmodellen. Eftersom dessa studier baserades på tvåkroppspotentialer och inte kunde förklara Cauchy-överträdelser (C12 2CU C44). De påpekade att resultaten kunde förbättras genom att inkludera effekten av nonrigidity av joner i modellen. Denna Trekroppspotential (TBP)-modell består av Coulomb-energi med lång räckvidd, tre kroppsinteraktioner som motsvarar närmaste grannseparation, vdW (van der Waal) – interaktion och energi på grund av överlappningsavstötningen representerad av hafemiester och Flygare (HF) – typpotential och utvidgas till andra grannjoner. Syftet med detta arbete är att undersöka CDO: s strukturella och termofysiska egenskaper.

2. Potentiell modell och metod

applicering av tryck resulterar direkt i kompression som leder till ökad laddningsöverföring (eller tre kroppsinteraktionseffekt ) på grund av deformationen av det överlappande elektronskalet hos de intilliggande jonerna (eller nonrigidity av joner) i fasta ämnen.

dessa effekter har införlivats i Gibbs fria energi (𝐺=𝑈+𝑃𝑉−𝑇𝑆) som en funktion av tryck och trekroppsinteraktioner (TBI) , som är de mest dominerande bland de många kroppsinteraktionerna. Här är det den inre energin i systemet som motsvarar gitterenergin vid temperatur nära noll och det är entropin. Vid den temperatur som 𝑇=0 K och trycket (𝑃) Gibbs fria energi för rock salt (B1, real) och CsCl (B2, hypotetiska) strukturer ges av 𝐺B1(𝑟)=𝑈B1(𝑟)+𝑃𝑉B1(𝑟),(1)𝐺B2𝑟=𝑈B2𝑟+𝑃𝑉B2𝑟.(2) med 1 (=2,00 3) och 𝑉𝐵2(=1.54𝑟3) som enhetscellvolymer för faserna 1 och 2 respektive 2. De första termerna i (1) och (2) är gitterenergier för strukturer i 1 och 2 i 2 och de uttrycks 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 vanilj och vanilj som Madelung konstanter för NaCl och CSCL struktur, respektive. C (C’ ) och D(D’) är de totala vander der Waal-koefficienterna för B1 (B2) faser, 𝛽𝑖𝑗(𝑖,𝑗=1,2) är Pauling koefficienterna. Ze är den joniska avgift och 𝑏(𝜌) är den hårdhet (range) parametrar, 𝑟(𝑟) är närmaste granne separationer för NaCl (CsCl) struktur och 𝑓(𝑟) är de tre kroppen kraft parameter.

dessa gitterenergier består av Coulomb-energi med lång räckvidd (första termen), interaktioner med tre kroppar som motsvarar den närmaste grannseparationen (andra termen), vdW (van der Waal)-interaktion (tredje termen) och energi på grund av överlappningsavstötningen representerad av hafemeister och flygare (HF) – typpotential och förlängs upp till de andra grannjonerna (återstående termer).

3. Resultat och diskussion

Gibb: S fria energier innehåller tre modellparametrar . Värdena för dessa parametrar har utvärderats med hjälp av första – och andra ordningens rymdderivat av den kohesiva energin (db) uttryckt som𝑑𝑈𝑑𝑟𝑟=𝑟0𝑑=0,2𝑈𝑑𝑟2𝑟=𝑟0=9𝑘𝑟0𝐵,(5) och följande metod som antagits tidigare . Med hjälp av dessa modellparametrar och minimeringstekniken har fasövergångstryck av CdO beräknats. Ingångsdata för kristall-och beräknade modellparametrar anges i Tabell 1. Vi har följt tekniken för minimering av Gibbs fria energier av verkliga och hypotetiska faser. Vi har minimerat 𝐺𝐵1(𝑟) och 𝐺𝐵2(𝑟) ges av (3) och (4) på olika belastningar för att få interionic separationer 𝑟 och 𝑟 motsvarande 𝐵1 och 𝐵2 faser i samband med ett minimum av energi. Faktorn för stabiliteten i strukturerna spelar en viktig roll. Fasövergången sker när 20 närmar sig noll (00). Fasövergångstrycket (GHz) är det tryck vid vilket xnumx xnumx närmar sig noll. Vid XXL genomgår dessa föreningar en övergång (1-2 xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx) associerad med en plötslig kollaps i volym som visar en första ordningens fasövergång. Figur 1 visar vårt nuvarande beräknade fasövergångstryck för NaCl-typ (GHz 1) till CSCL-typ (IE 2) strukturer i CdO vid 90 GPa. Det nuvarande fasövergångstrycket illustreras med pil i Figur 1. De beräknade värdena för fasövergångstryck har listats i Tabell 2 och jämförts med deras experimentella och andra teoretiska resultat. Det är intressant att notera från Tabell 2 och figur 1 att fasövergångstrycket (xhamster), som erhållits från vår modell, i allmänhet överensstämmer med experimentella data och matchar lika bra med andra teoretiska resultat .

Figur 1

Variation av Gibbs fria energi med tryck för CdO.

kompressionskurvorna ritas i Figur 2. Värdena på volymen kollapsar (- Brasilien𝑉(𝑝)/𝑉(0)) visas i Tabell 2. De experimentella och teoretiska värdena för volymkollaps är inte tillgängliga för föreliggande föreningar. Det är uppenbart att under fasövergången från NaCl till CsCl identifierar volymdiskontinuiteten i tryckvolymfasdiagrammet förekomsten av första ordningens fasövergång och samma trend som den andra teoretiska metoden. I Figur 2 grafen tryck kontra volym har ritats.

Figur 2

Variation av volymförändring 2UC /0UC med tryck för cdo.

i tillägg för att känna till beteendet hos det interioniska avståndet med tryck för föreliggande oxid, presenterar vi variationen av närmaste granne (nn) och nästa närmaste granne (nnn) avstånd för både faserna 1 och 2 med tryck i Figur 3. De interioniska avstånden för föreliggande oxid minskar vid ökning av trycket. De öppna cirklarna representerar närmaste granne (nn) och fasta cirklar representerar nästa närmaste granne (nnn) avstånd i Figur 3 för CdO.

Figur 3

Variation av interioniskt avstånd med tryck för CdO.

för Att ytterligare öka användbarheten av vår modell, har vi beräknat den molekylära kraft konstant (𝑓), infraröd absorption frekvens (𝜐0), Debye-temperaturen (𝜃𝐷), och Grunneisen parameter (𝛾) som härrör direkt från den sammanhållande energi, 𝑈(𝑟).

kompressibiliteten är välkänd för att ges av 𝛽=3𝐾𝑟0𝑓(6) när det gäller molekylära kraftkonstanter 1𝑓=3𝑈𝑆𝑅𝑘𝑘’2(𝑟)+𝑟𝑈𝑆𝑅𝑘𝑘’(𝑟)𝑟=𝑟0.(7) med de tre sista termerna i punkterna 3 och 4 i de tre sista termerna i punkt 3 och 4. Denna kraftkonstantatxburi leder till den infraröda absorptionsfrekvensen med kunskap om kristallernas reducerade massa (xburi). Värmeutvidgningskoefficienten (kg) kan beräknas med kunskap om specifik värme (kg). Uttrycken har givits i vårt tidigare papper .

Vi har beräknat de termofysiska egenskaperna hos CdO. De termofysiska egenskaperna ger oss intressant information om ämnet. Den Debye karakteristiska temperaturen Xiaomi återspeglar dess strukturstabilitet, styrkan av bindningar mellan dess separata element, strukturdefekter tillgänglighet och dess densitet. De beräknade termofysiska egenskaperna har listats i tabell 3. På grund av bristen på experimentella och teoretiska data kunde vi inte jämföra dem. Vi har jämfört värdet av Debye temperatur med teoretiska resultat från Peng et al. . Vårt resultat visar samma trend som rapporterats av andra. Så vitt vi vet har värdet av de termiska egenskaperna för nuvarande föreningar ännu inte uppmätts eller beräknats, varför våra resultat kan tjäna som en förutsägelse för framtida undersökningar.

Med tanke på de övergripande resultaten kan man dra slutsatsen att det i allmänhet finns en god överenskommelse om Trekroppspotential (TBP)-modell med tillgängliga experimentella och teoretiska värden. Slutligen kan man dra slutsatsen att den nuvarande modellen framgångsrikt har förutsagt kompressionskurvorna och fasdiagrammen som ger fasövergångstrycket, tillhörande volymkollaps och elastiska egenskaper korrekt för kadmiumoxid.