Моделирование фазовых переходов в сверхструктурах кальций — стронций при низких давлениях

В.В. Поживатенко, канд. физ.-мат. наук
Николаевский национальный университет им. В.А. Сухомлинского
(Украина, 54030, Николаев, ул. Никольская, 24,
тел. (0512) 723630, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.)

АННОТАЦИЯ

При розрахунках «first-principal» (першопринципних) структурних фазових переходів істотно занижуються значення тисків фазових переходів в лужноземельних металах. З використанням fit-параметрів (підгоночних), визначених у розрахунках для кальцію і стронцію, проведено чисельні розрахунки параметрів фазових переходів у надструктурах Ca1-xSrx, у відповіності до переходу з гранецентрованої в об’ємноцентровану кубічну структуру при низьких тисках, змодельованих надкомірками, що містять до шістнадцяти атомів. Досліджено залежність термодинамічних властивостей Ca1-xSrx від концентрації стронцію та параметру розмиття.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

структурные фазовые переходы, теория функционала плотности, размытие состояний вокруг уровня Ферми.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Winzenick M., Holzapfel W.B. Structural study on the high-pressure phase strontium III // Phys. Rev. B. — 1996.— V. 53, N 5. — P. 2151— 2154.
2. Wang G.M., Papaconstantopoulos D.A., Blaisten-Barojas E. Pressure induced transitions in calcium: a tight-binding approach // J. Phys. Chem. Solids.—2003.—V. 64, N 2.—P. 185—192.
3. Errea I. et al. Fermi surface nesting and phonon instabilities in simple cubic calcium // High Pressure Research. —2008. —V. 28, N 4. — P. 443—448.
4. Arapan S., Mao H.-k., Ahuja R. Prediction of incommensurate crystal structure in Ca at high pressure // P. Natl. Acad. Sci. USA. — 2008. — V. 105, N 52. — P. 20627—20630.
5. Gao G. et al. Electronic structures, lattice dynamics, and electron-phonon coupling of simple cubic Ca under pressure // Solid State Comm.— 2008. — V. 146, N 3 — 4. — P. 181 — 185.
6. Qiu S.I., Marcus P.M. Phases of Ca from first principles // J. Phys.: Condens. Matter. — 2009. —V. 21, N 43. — 435403-1—435403-8.
7. Ishikawa T. et al. Review of high pressure phases of calcium by first-principles calculations // J. Phys.: Conf. Ser. — 2010.— V. 215.—012105-1—012105-6.
8. Oganov A.R. et al. Exotic behavior and crystal structures of calcium under pressure // P. Natl. Acad. Sci. USA. —2010. —V. 107, N 17. — P. 7646—7651.
9. Mao W.L. et al. Distortions and stabilization of simple-cubic calcium at high pressure and low temperature // Ibid. —2010. — V. 107, N 22. — P. 9965—9968.
10. Liu Zh.-L. et al. Phase transition and thermodynamic properties of Sr under high pressure // Physica B. — 2011.— V. 406, N 23. — P. 4518—4522.
11. Alcock C.B., Itkin V.P. The Ca-Sr (Calcium-Strontium) System // J. of Phase Equilibria. — 1986. —V. 7, N 5. — P. 455—457.
12. Aljarrah M., Medraj M. Thermodynamic modeling of the Mg-Ca, Mg-Sr, Ca-Sr and Mg-Ca-Sr systems using the modified quasichemical model // Calphad.—2008.—V. 32, N 2. — P. 240—251.
13. Okamoto H. Ca-Sr (Calcium-Strontium) // J. of Phase Equilibria and Diffusion.—2010.— V. 31, N 5. —P. 491.
14. Максимов Е.Г., Магницкая М.В., Фортов В.Е. Непростое поведение простых металлов при высоких давлениях // УФН. — 2005. — 175, № 8. — С. 793—813.
15. Дегтярева В.Ф. Простые металлы при высоком давлении. Модель взаимодействия сферы Ферми и зоны Бриллюэна // Там же. — 2006. — 176, № 4. — С. 383—402.
16. Hohenberg P., Kohn W. Inhomogeneous electron gas // Phys. Rev.—1964.—V. 136, N 3.—P. B864—B871.
17. Weinert M., Davenport J.V. Fractional occupations and density-functional energies and forces // Phys. Rev. B.— 1992.— V. 45, N 23. — P. 13709—13712.
18. Springborg M., Albers R.C., Schmidt K. Fractional occupancies and temperature in electronic-structure calculations // Ibid.—1998. — V. 57, N 3. — P. 1427—1435.
19. Methfessel M., Paxton A.T. High-precision sampling for Brillouin-zone integration in metals // Ibid. —1989. —V. 40, N 6. —P. 3616—3621.
20. Поживатенко В.В. Расчет термодинамических потенциалов с учетом дробности чисел заполнения и исследование структурных фазовых переходов ГЦК — ОЦК в щелочно-земельных металлах // ФТТ. — 2013. — 55, № 10. — С. 1879—1886.20.
21. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized gradient approximation made simple // Phys. Rev. Lett. —1996. —V. 77, N 18. — P. 3865—3868.
22. Vanderbilt D. Soft self-consistent pseudopotentials in a generalized eigenvalue formalism // Phys. Rev. B. — 1990.— V. 41, N 11. — P. 7892—7895.
23. Giannozzi P. et al. QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials // J. Phys.: Condens.Matter.—2009.—V. 21, N 39.— P. 395502-1—395502-19.
24. Marzari N., Vanderbilt D., De Vita A., Payne M.C. Thermal contraction and disordering of the Al(100) surface // Phys. Rev. Lett.— 1999. — V. 82, N 16. — P. 3296—3299.
25. Murnaghan F.D. The compressibility of media under extreme pressures // P. Natl. Acad. Sci. USA. — 1944.— V. 30, N 9. — P. 244—247.
26. Birch F. Finite elastic strain of cubic crystals // Phys. Rev.—1947.—V. 71, N 11.—P. 809— 824.
27. Birch F. Finite strain isotherm and velocities for single-crystal and polycrystalline NaCl at high pressures and 300 K// J. Geophys. Res.—1978.—V. 83,NB3.—P. 1257—1268.
28. Monkhorst H. J., Pack J.D. Special points for Brillouin-zone integrations // Phys. Rev. B.— 1976.— V. 13, N 12. —P. 5188—5192.

ПОЖИВАТЕНКО Виталий Владимирович, канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры физики Николаевского национального университета им. В.А. Сухомлинского. В 1989 г. окончил Одесский госуниверситет им. И.И. Мечникова. Область научных исследований — методы моделирования (иерархический подход, численные методы, нечеткие множества, нейронные сети, системный анализ) термодинамических свойств твердых тел.

Полный текст: PDF (русский)