Іонний характер, фазові переходи та металізація в оксидах і халькогенідах лужноземельних металів під тиском
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe65.11.1022Ключові слова:
оксиди лужноземельних металiв, халькогенiди лужноземельних металiв, фазовi переходи, металiзацiяАнотація
Виходячи з перших принципiв, проведено розрахунки структурних i термодинамiчних властивостей оксидiв i халькогенiдiв лужноземельних металiв, що мають кубiчнi структури (CaX, SrX, BaX, де X = O, S, Se, Te), а також характеристик структурних фазових переходiв В1–В2 в цих речовинах пiд тиском. Дослiджено кристалiчнi I iоннi радiуси в оксидах i халькогенiдах лужноземельних металiв, у тому числi розглянуто залежнiсть радiусiв iонiв в структурах В1 та В2 вiд тиску. Обчислено величини мiжзонних переходiв i заборонених зон в даних сполуках у пiдходi теорiї функцiонала густини сумiсно з методом псевдопотенцiалу. В результатi зонних розрахункiв знайдено значення тискiв металiзацiї в цих сполуках.
Посилання
P. Hohenberg, W. Kohn. Inhomogeneous electron gas. Phys. Rev. 136, 864 (1964). https://doi.org/10.1103/PhysRev.136.B864
P. Giannozzi, S. Baroni, M. Calandra, R. Car, C. Cavazzoni, D. Ceresoli, G.L. Chiarotti, M. Cococcioni, I. Dabo, A. Dal Corso, S. Fabris, G. Fratesi, S. de Gironcoli, R. Gebauer, U. Gerstmann, Ch. Gougoussis, A. Kokalj, M. Lazzeri, L. Martin-Samos, N. Marzari, F. Mauri, R. Mazzarello, S. Paolini, A. Pasquarello, L. Paulatto, C. Sbraccia, S. Scandolo, G. Sclauzero, A.P. Seitsonen, A. Smogunov, P. Uniari, R.M. Wentzcovitch. QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials. J. Phys.: Condens. Matter 21, 395502 (2009). https://doi.org/10.1088/0953-8984/21/39/395502
J.P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof. Generalized gradient approximation made simple. Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865
D. Vanderbilt. Soft self-consistent pseudopotentials in a generalized eigenvalue formalism. Phys. Rev. B 41, 7892 (1990).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.41.7892
A.M. Rappe, K.M. Rabe, E. Kaxiras, J.D. Joannopoulos. Optimized pseudopotentials. Phys. Rev. B 41, 1227 (1990). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.41.1227
A.M. Rappe, K.M. Rabe, E. Kaxiras, J.D. Joannopoulos. Erratum: Optimized pseudopotentials. Phys. Rev. B 44 13175 (1991). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.44.13175.3
F. Birch. Finite strain isotherm and velocities for single-crystal and polycrystalline NaCl at high pressure and 300 K. J. Geophys. Res. 83, 1257 (1978). https://doi.org/10.1029/JB083iB03p01257
H.J. Monkhorst, J.D. Pack. Special-points for Brillouin-zone integrations. Phys. Rev. B 13, 5188 (1976). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.13.5188
P. Richet, H.K. Mao, P.M. Bell. Static compression and equation of state of CaO to 1.35 Mbar. J. Geophys. Res. 93, 15279 (1988). https://doi.org/10.1029/JB093iB12p15279
H. Luo, R.G. Green, K. Ghandehari, T. Li, A.L. Ruoff. Structural phase transformations and the equations of state of calcium chalcogenides at high pressure. Phys. Rev. B 50, 16232 (1994). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.50.16232
L.G. Liu, W.A. Bassett. Changes of the crystal structure and the lattice parameter of SrO at high pressure. J. Geophys. Res. 78, 8470 (1973). https://doi.org/10.1029/JB078i035p08470
K. Syassen. Pressure-induced structural transition in SrS. Phys. Status Solidi A 91, 11 (1985). https://doi.org/10.1002/pssa.2210910102
H. Luo, R.G. Greene, A.L. Ruoff. High-pressure phase transformation and the equation of state of SrSe. Phys. Rev. B 49, 15341 (1994). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.49.15341
H.G. Zimmer, H. Winzen, K. Syassen. High-pressure phase transitions in CaTe and SrTe. Phys. Rev. B 32, 4066 (1985). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.32.4066
L.G. Liu, W.A. Bassett. Effect of pressure on the crystal structure and the lattice parameters of BaO. J. Geophys. Res. 77, 4934 (1972). https://doi.org/10.1029/JB077i026p04934
S. Yamaoka, O. Shimomura, H. Nakazawa, O. Fukunaga. Pressure-induced phase transformation in BaS. Solid State Commun. 33, 87 (1980). https://doi.org/10.1016/0038-1098(80)90702-4
S.T. Weir, Y.K. Vohra, A.L. Ruoff. High-pressure phase transitions and the equations of state of BaS and BaO. Phys. Rev. B 33, 4221 (1986). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.33.4221
Y. Kaneko, K. Morimoto, T. Koda. Optical properties of alkaline-earth chalcogenides. I. Single crystal growth and infrared reflection spectra due to optical phonons. J. Phys. Soc. Japan 51, 2247 (1982). https://doi.org/10.1143/JPSJ.51.2247
T.A. Grzybowski, A.L. Ruoff. High-pressure phase transition in BaSe. Phys. Rev. B 27, 6502 (1983). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.27.6502
T.A. Grzybowski, A.L. Ruoff. Band-overlap metallization of BaTe. Phys. Rev. Lett. 53, 489 (1984). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.53.489
J.F. Mammone, H.K. Mao, P.M. Bell. Equations of state of CaO under static pressure conditions. Geophys. Res. Lett. 8, 140 (1981). https://doi.org/10.1029/GL008i002p00140
R. Jeanloz, T.J. Ahrens, H.K. Mao, P.M. Bell. B1-B2 transition in calcium oxide from shock-wave and diamond-cell experiments. Science 206, 829 (1979). https://doi.org/10.1126/science.206.4420.829
Y. Sato, R. Jeanloz. Phase transition in SrO. J. Geophys. Res. B 86, 11773 (1981). https://doi.org/10.1029/JB086iB12p11773
L. Pauling. The Nature of the Chemical Bond (Cornell University Press, 1960).
R.D. Shannon. Revised effective ionic radii and systematicstudies of interatomic distances in halides and chalcogenides. Acta Cryst. A 32, 751 (1976). https://doi.org/10.1107/S0567739476001551
F.G. Fumi, M.P. Tosi. Ionic sizes and born repulsive parameters in the NaCl-type alkali halides-I: The Huggins-Mayer and Pauling forms. J. Phys. Chem. Solids 25, 31 (1964). https://doi.org/10.1016/0022-3697(64)90159-3
F.G. Fumi, M.P. Tosi. Ionic sizes and born repulsive parameters in the NaCl-type alkali halides-II: The generalized Huggins-Mayer form. J. Phys. Chem. Solids 25, 45 (1964). https://doi.org/10.1016/0022-3697(64)90160-X
I.M. Boswarva. Ionic radii in the alkaline earth chalcogenides. J. Phys. C 1, 582 (1968). https://doi.org/10.1088/0022-3719/1/3/304
S. Israel, R. Saravanan, N. Srivasan, S.K. Mohanlal. An investigation on the bonding in MgO, CaO, SrO and BaO from the MEM electron density distributions. J. Phys. Chem. Solids 64, 879 (2003). https://doi.org/10.1016/S0022-3697(02)00434-1
G. Vidal-Valat, J.P. Vidal, K. Kurki-Suonio. X-ray study of the atomic charge densities in MgO, CaO, SrO and BaO. Acta Cryst. A 34, 594 (1978). https://doi.org/10.1107/S0567739478001254
R.C. Whited, W.C. Walker. Exciton and interband spectra of crystalline CaO. Phys. Rev. 188, 1380 (1969). https://doi.org/10.1103/PhysRev.188.1380
R.C. Whited, W.C. Walker. Exciton spectra of CaO and MgO. Phys. Rev. Lett. 22, 1428 (1969). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.22.1428
R.C. Whited, Ch.J. Flaten, W.C. Walker. Exciton thermoreflectance of MgO and CaO. Solid State Commun. 13, 1903 (1973). https://doi.org/10.1016/0038-1098(73)90754-0
A.S. Rao, R.J. Kearney. Logarithmic derivative reflectance spectra of BaO and SrO. Phys. Status Solidi B 95, 243 (1979). https://doi.org/10.1002/pssb.2220950127
Y. Kaneko, T. Koda. New developments in IIa-VIb (alkaline-earth chalcogenide) binary semiconductors. J. Cryst. Growth 86, 72 (1988). https://doi.org/10.1016/0022-0248(90)90701-L
M.A. Bolorizadeh, V.A. Sashin, A.S. Kheifets, M.J. Ford. Electronic band structure of calcium oxide. J. Electr. Spectrosc. Rel. Phenom. 141, 27 (2004). https://doi.org/10.1016/j.elspec.2004.04.004
R.J. Zollweg. Optical absorption and photoemission of barium and strontium oxides, sulphides, selenides, and tellurides. Phys. Rev. 111, 113 (1958). https://doi.org/10.1103/PhysRev.111.113
G.A. Saum, E.B. Hensley. Fundamental optical absorption in the IIA-VIB compounds. Phys. Rev. 113, 1019 (1959). https://doi.org/10.1103/PhysRev.113.1019
G. Kalpana, B. Palanivel, M. Rajagopalan. Electronic and structural properties of alkaline-earth oxides under high pressure. Phys. Rev. B 52, 4 (1995). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.52.4
J. Hama, M. Watanabe. Equation of state and electronic structure of solid CaO under high pressure. Phys. Lett. A 115, 287 (1986). https://doi.org/10.1016/0375-9601(86)90555-4
Z. Charifi, H. Baaziz, F. El Haj Hassan, N. Bouarissa. High pressure study of structural and electronic properties of calcium chalcogenides. J. Phys.: Condens. Matter 17, 4083 (2005). https://doi.org/10.1088/0953-8984/17/26/008
Ph. Cervantes, Q. Williams, M. Cˆot'e, M. Rohlfing, M.L. Cohen, S.G. Louie. Band structures of CsCl-structured BaS and CaSe at high pressure: Implications for metallization pressures of the alkaline earth chalcogenides. Phys. Rev. B 58, 9793 (1998). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.58.9793
R. Pandey, Ph. Lepak, J.E. Jaffe. Electronic structure of alkaline-earth selenides. Phys. Rev. B 46, 4976 (1992). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.46.4976
R. Khenata, M. Sahnoun, H. Baltache, M. R'erat, D. Rached, M. Driz, B. Bouhafs. Structural, electronic, elastic and high-pressure properties of some alkaline-earth chalcogenides: An ab initio study. Physica B 371, 12 (2006). https://doi.org/10.1016/j.physb.2005.08.046
I.B.S. Banu, M. Rajagopalan, B. Palanivel, G. Kalpana, P. Shenbagaraman. Structural and electronic properties of SrS, SrSe, and SrTe under pressure. J. Low Temp. Phys. 112, 211 (1998). https://doi.org/10.1023/A:1022685715644
R. Khenata, H. Baltache, M. R'erat, M. Driz, M. Sahnoun, B. Bouhafs, B. Abbar. First-principle study of structural,
electronic and elastic properties of SrS, SrSe and SrTe under pressure. Physica B 339, 208 (2003). https://doi.org/10.1016/j.physb.2003.07.003
L.-Y. Lu, J.-J. Tan, O.-H. Jia, X.-R. Chen. Transition phase and electronic structure of SrS under pressure from first-principles calculations. Physica B 399, 66 (2007). https://doi.org/10.1016/j.physb.2007.05.026
¸S. U˘gur. Theoretical study of the phonon properties of SrS. Mater. Sci. Eng. B 162, 116 (2009). https://doi.org/10.1016/j.mseb.2009.03.013
G. Kalpana, B. Palanivel, M. Rajagopalan. Electronic structure and structural phase stability in BaS, BaSe, and BaTe. Phys. Rev. B 50, 12318 (1994). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.50.12318
E.V. Stepanova, V.S. Stepanyuk, M.N. Rogaleva, O.V. Farberovich, A.A. Grigorenko, V.V. Mikhailin. Electronic structure and optical properties of the CaO compound. Fiz. Tverd. Tela 30, 2303 (1988) (in Russian).
A.E. Carlsson, J.W. Wilkins. Band-overlap metallization of BaS, BaSe, and BaTe. Phys. Rev. B 29, 5836 (1984). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.29.5836
S.T. Weir, Y.K. Vohra, A.L. Ruoff. Pressure-induced metallization of BaSe. Phys. Rev. B 35, 874 (1987). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.35.874
S.-H. Wei, H. Krakauer. Local-density-functional calculation of the pressure-induced metallization of BaSe and BaTe. Phys. Rev. Lett. 55, 1200 (1985). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.55.1200
K. Syassen, N.E. Christensen, H. Winzen, K. Fischer, J. Evers. Optical response and band-structure calculations of alkaline-earth tellurides under pressure. Phys. Rev. B 35, 4052 (1987). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.35.4052
H. Akbarzadeh, M. Dadsetani, M. Mehrani. Electronic and structural properties of BaTe Comp. Mater. Sci. 17, 81 (2000). https://doi.org/10.1016/S0927-0256(99)00091-9
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
