Структура и свойства углеродных и кремниевых алмазоподобных фаз

• Автор: Грешняков, Владимир Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Содержание
Общая характеристика работы
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1Л. Состояния гибридизации углеродных и кремниевых атомов в
различных соединениях
1.2. Структура и свойства алмаза и алмазоподобных фаз
1.3. Структура и свойства кремниевых фаз
1.4. Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ РАСЧЕТА С И Бі НАНОСТРУКТУР И
СТРУКТУРНЫЕ МОДЕЛИ
2.1. Методы расчета наноструктур
2.1.1. Расчет структуры и свойств молекул и нанокластеров
2.1.2. Полуэмпирические квантово-механические методы
2.1.3. Проверка полуэмпирических квантово-механических методов на адекватность расчета структуры и энергетических характеристик углеродных и кремниевых фаз
2.1.4. Метод теории функционала плотности
2.2. Структурные модели и методика измерения
параметров и свойств
2.2.1. Методика расчета структурных характеристик алмазоподобных фаз
2.2.2. Методика расчета свойств углеродных и кремниевых алмазоподобных фаз
2.2.2.1. Методика расчета модуля объемной упругости
твердых тел
2.22.2. Апробация метода определения модуля
объемной упругости
2.2.2.3. Методика расчета ширины запрещенной зоны
2.2.2.4. Методика расчета рентгенограмм
ГЛАВА 3. МОДЕЛЬНАЯ СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ СТРУКТУР
АЛМАЗОПОДОБНЫХ ФАЗ
ГЛАВА 4. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА УГЛЕРОДНЫХ
АЛМАЗОПОДОБНЫХ ФАЗ
ГЛАВА 5. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА КРЕМНИЕВЫХ
АЛМАЗОПОДОБНЫХ ФАЗ
ГЛАВА 6. ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
6Л. Основные результаты работы
6.2. Сравнительный анализ различных методик расчета модуля объемной упругости
6.3. Сравнительный анализ структурных параметров и свойств углеродных и кремниевых фаз
6.4. Взаимосвязи между структурными характеристиками и свойствами алмазоподобных фаз
6.5. Анализ устойчивости алмазоподобных фаз и возможных способов их экспериментального получения
Основные результаты и выводы
Список публикаций автора по теме диссертации
Список цитируемой литературы
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы.
Многие материалы, имеющие одинаковый химический состав, могут существовать в виде различных структурных разновидностей. При изменении структуры у полиморфных разновидностей изменяются их свойства, что делает возможным их использование на практике для получения материалов с необходимым набором физико-технических характеристик. Однако для большинства соединений различные полиморфные разновидности могут существовать только при определенных значениях термодинамических параметров. Для таких соединений невозможно получение полиморфов с разной структурой и свойствами, устойчиво существующих в одинаковых интервалах давлений и температур. Исключением из этого правила являются системы с преимущественно ковалентным типом связей, для которых в широких диапазонах температур и давлений возможно одновременное существование различных полиморфов, не испытывающих фазовых превращений неограниченное время. Типичными представителями таких материалов являются углеродные и кремниевые соединения, поэтому именно такие соединения были выбраны в качестве объектов исследования в данной работе.
Полиморфизм в системах с ковалентным типом связей объясняется возможностью существования атомов элементов в различных гибридизированных состояниях: основных зр, яр2, зр3, а также в
промежуточных 5/?" и зр"‘ (1 < п < 2, 2 < т < 3). Из полиморфных разновидностей ковалентных соединений особый интерес представляют фазы, состоящие из 4-координированных атомов в зр"1 и зр3 гибридизированных состояниях. Материалы на основе таких соединений имеют трехмерную жесткосвязанную структуру, обладают высокими механическими характеристиками и могут найти широкое практическое применение в качестве конструкционных и абразивных материалов. Кроме
орбитали, относящиеся к трем или четырем различным атомам. Эти интегралы межэлектронного взаимодействия называются 3- или 4-центровыми и рассчитываются они намного сложнее, чем одно- и двухцентровые. Многоцентровые интегралы в полуэмпирических методах принимаются равными нулю, что также приводит к существенному сокращению времени расчета.
Упрощение расчетной схемы Хартри-Фока-Рутаана, рассмотренное выше, называется приближением нулевого дифференциального перекрывания (НДП или NDO, Neglect of Differential Overlap).
Однако остовные интегралы (HMV), которые в рамках приближения НДП должны быть равными нулю, нарушают логическую последовательность НДП. При расчетах данное упрощение приводит к очень неудовлетворительным результатам. По этой причине интегралы H/1V должны быть отличными от нуля и могут рассматриваться как варьируемые параметры, которые определяют параметризацию того или иного метода. При таком подходе они частично компенсируют погрешность упрощений, обусловленных приближением НДП. В различных методах приближение НДП реализуются разными способами. Рассмотрим ниже три полуэмпирических квантово-механических метода - MNDO [121], АМ1 [122] и РМЗ [123,124], которые при расчетах интегралов межэлектронного взаимодействия используют приближение пренебрежения двухатомным дифференциальным перекрыванием (NDDO, Neglect of Diatomic Differential Overlap). Во всех этих методах для упрощения гамильтониана пренебрегают влиянием внешних полей и спинов электронов и ядер, а также используется адиабатическое приближение Борна-Оппенгеймера, согласно которому ядра атомов считаются покоящимися и не совершающими тепловых колебаний. Метод MNDO
В полуэмпирическом методе MNDO (Modified Neglect of Diatomic Overlap) учитываются одноцентровые интегралы межэлектронного отталкивания. Интегралы (jUjuvv) с /г е А и гей не аппроксимируются, а