Выпуски МФиНТ »  Том 38, выпуск 9

Изучение в атомном масштабе структурных и электронных свойств $\alpha$-циркония с одиночными вакансиями и вакансионными кластерами

В. О. Харченко$^{1}$, Д. О. Харченко$^{1}$, С. Ву$^{2}$, Б. Вэн$^{2}$, Л. Ву$^{2}$, В. Жанг$^{2}$

$^{1}$Институт прикладной физики НАН Украины, ул. Петропавловская, 58, 40000 Сумы, Украина
$^{2}$The First Institute, Nuclear Power Institute of China, 328, the 1st Section, Changshundadao Road, Shuangliu, Chengdu, China

Получена: 25.05.2016. Скачать: PDF

В данной работе проведено исследование структурных, электронных и энергетических свойств чистого циркония с изолированными вакансиями и вакансионными кластерами. Установлены значения параметра решётки чистого циркония с различной концентрацией изолированных вакансий и с би- и тривакансиями различной конфигурации. Проанализирована устойчивость малых вакансионных кластеров, содержащих бивакансии, которые характеризуются различными расстояниями между двумя вакансиями, и тривакансии различной конфигурации. Показано, что с увеличением концентрации изолированных вакансий параметр решетки уменьшается, в то время как значение энергии формирования одиночной вакансии увеличивается. Последнее указывает на то, что изолированные вакансии при увеличении их концентрации будут, как правило, образовывать кластеры. При изучении устойчивости малых кластеров вакансий, которые содержат би- и тривакансии, показано, что в случае, когда расстояние между вакансиями в кластере не превышает значение радиуса первой координационной сферы, соответствующий вакансионный кластер будет устойчивым. В противоположном случае взаимодействие между вакансиями в бивакансии приведет к формированию изолированных вакансий, в то время как тривакансии распадаются на бивакансию и изолированную вакансию либо три изолированных вакансии в зависимости от расстояния между вакансиями в тривакансии. Проведено детальное изучение распределения электронной плотности и плотности состояний для чистого циркония с одной вакансией и наиболее устойчивыми конфигурациями би- и тривакансий.

Ключевые слова: расчёты из первых принципов, метод линеаризованных присоединённых плоских волн, вакансия, энергия связи, электронные свойства.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v38/i09/1195.html

PACS: 61.50.Lt, 61.72.Bb, 61.72.jd, 71.15.Ap, 71.15.Mb, 71.15.Nc, 71.20.Be, 73.22.Dj

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. G. S. Was, Fundamentals of Radiation Materials Science (Berlin–Heidelberg: Springer-Verlag: 2007).
  2. M. A. Kirk, I. H. Robertson, M. L. Jenkins, C. A. English, T. J. Black, and J. S. Vertano, J. Nucl. Mater., 149: 21 (1987). Crossref
  3. C. A. English, J. Nucl. Mater., 108–109: 104 (1982). Crossref
  4. W. J. Phythian, J. Nucl. Mater., 159: 219 (1988). Crossref
  5. E. Weinan, Principles of Multiscale Modeling (Cambridge: Cambridge University Press: 2011).
  6. V. O. Kharchenko, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 33, No. 5: 577 (2011).
  7. V. O. Kharchenko, D. O. Kharchenko, and A. V. Dvornichenko, J. Nano- Electron. Phys., 4, No. 2: 02034 (2012).
  8. V. O. Kharchenko and D. O. Kharchenko, Condens. Matter Phys., 16, No. 1: 13801 (2013). Crossref
  9. V. O. Kharchenko and S. V. Kokhan, J. Nano-Electron. Phys., 7, No. 2: 02014 (2015).
  10. T. Diaz de la Rubia, K. Smalinskas, R .S. Averback, I. M. Robertson, H. Hseih, and R. Beriedek, Mater. Research Soc. Symp. Proc., 138: 29 (1989). Crossref
  11. V. G. Kaplnos and P. A. Platonov, Rad. Effects, 103: 45 (1987). Crossref
  12. V. O. Kharchenko and D. O. Kharchenko, Eur. Phys. J. B, 85: 383 (2012). Crossref
  13. V. O. Kharchenko and D. O. Kharchenko, Condens. Matter Phys., 16: 33001 (2013). Crossref
  14. D. O. Kharchenko, V. O. Kharchenko, and A. I. Bashtova, Ukr. J. Phys., 58, No. 10: 993 (2013). Crossref
  15. D. O. Kharchenko, V. O. Kharchenko, and A. I. Bashtova, Rad. Effects Def. Solids, 169, No. 5: 418 (2014). Crossref
  16. V. O. Kharchenko and D. O. Kharchenko, Phys. Rev. E, 89: 042133 (2014). Crossref
  17. D. O. Kharchenko, V. O. Kharchenko, S. V. Kokhan, and I. O. Lysenko, Ukr. J. Phys., 57, No. 10: 1069 (2012).
  18. K. R. Elder, M. Katakowski, M. Haataja, and M. Grant, Phys. Rev. Lett., 88: 245701 (2002). Crossref
  19. A. Jaatinen, C. V. Achim, K. R. Elder et al., Phys. Rev. E, 80: 031602 (2009). Crossref
  20. J. Berry, M. Garnt, and K. R. Elder, Phys. Rev. E, 73: 031609 (2006). Crossref
  21. D. Douglas, Metallurgy of Zirconium (Moscow: Atomizdat: 1976) (Russian translation).
  22. A. D. Becke, J. Chem. Phys., 98: 5648 (1993). Crossref
  23. K. Burke, J. Werschnik, and E. K. U. Gross, J. Chem. Phys., 123: 062206 (2005). Crossref
  24. O. K. Andersen, Phys. Rev. B, 12: 3060 (1975). Crossref
  25. A. D. Becke, Phys. Rev. A, 38: 3098 (1988). Crossref
  26. D. C. Langreth and M. J. Mehl, Phys. Rev. B, 28: 1809 (1983). Crossref
  27. P. Blaha, K. Schwarz, G. K. H. Madsen, D. Kvasnicka, and J. Luits, Wien2k: An Augmented Plane Wave Plus Local Orbitals Program for Calculating Crystal Properties (Vienna: Vienna University of Technology: 2001).
  28. J. Slater and H. C. Verma, Phys. Rev., 34: 1293 (1929). Crossref
  29. P. W. Atkins, Molecular Quantum Mechanics. Parts I and II: An Introduction to Quantum Chemistry (Oxford: Oxford University Press: 1977).
  30. J. C. Slater, Phys. Rev., 81: 385 (1951). Crossref
  31. J. C. Slater, Phys. Rev., 91: 528 (1953). Crossref
  32. P. Hohenberg and W. Kohn, Phys. Rev., 136: B864 (1964). Crossref
  33. W. Kohn and L. J. Sham, Phys. Rev., 140: A1133 (1965). Crossref
  34. O. Gunnarsson and B. I. Lundquist, Phys. Rev. B, 13: 4274 (1976). Crossref
  35. R. O. Jones and O. Gunnarsson, Rev. Mod. Phys., 61: 689 (1989). Crossref
  36. See on http://www.wien2k.at/
  37. C. Varvenne, O. Mackain, and E. Clouet, Acta Mater., 78: 65 (2014). Crossref
  38. G. Verite, F. Willaime, and C. C. Fu, Solid State Phenom., 129: 75 (2007). Crossref
  39. M. I. Mendelev and G. J. Ackland, Philos. Mag. Lett., 87: 349 (2007). Crossref

© 2013–2017 «ИМФ НАН Украины»