Вивчення в атомовому масштабі структурних та електронних властивостей $\alpha$-цирконію з одиничними вакансіями та вакансійними кластерами

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

$^{1}$Інститут прикладної фізики НАН України, вул. Петропавлівська, 58, 40000 Суми, Київ
$^{2}$The First Institute, Nuclear Power Institute of China, 328, the 1st Section, Changshundadao Road, Shuangliu, Chengdu, China

Отримано: 25.05.2016. Завантажити: PDF

У даній роботі проведено дослідження структурних, електронних та енергетичних властивостей чистого цирконію з ізольованими вакансіями та вакансійними кластерами. Визначено значення параметра ґратниці чистого цирконію з різною концентрацією ізольованих вакансії та з бі- й тривакансіями різної конфіґурації. Проаналізовано стабільність малих кластерів вакансій, що містять бівакансії, які характеризуються різними віддалями між двома вакансіями, та тривакансії різної конфіґурації. Показано, що зі збільшенням концентрації ізольованих вакансій параметер ґратниці зменшується, в той час як значення енергії формування одиничної вакансії збільшується. Останнє вказує на те, що ізольовані вакансії при збільшенні концентрації їх будуть, як правило, утворювати кластери. При вивченні стійкости малих кластерів вакансій, що містять бі- та тривакансії, показано, що у випадку, якщо віддаль між вакансіями в кластері не перевищує значення радіюса першої координаційної сфери, відповідний вакансійний кластер буде стійким. В іншому випадку взаємодія між вакансіями у бівакансії сприяє формуванню ізольованих вакансій, в той час як тривакансії розпадаються на бівакансію та ізольовану вакансію або три ізольовані вакансії, залежно від віддалі між вакансіями у тривакансії. Проведено детальне дослідження розподілу електронної густини та густини станів для чистого цирконію з однією вакансією та найбільш стабільними конфіґураціями бі- та тривакансій.

Ключові слова: розрахунки з перших принципів, метод лінеаризованих приєднаних пласких хвиль, вакансія, енергія зв’язку, електронні властивост.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ua/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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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