Моделирование структурных фазовых переходов в ионных кристаллах в экстремальных условиях высоких давлений

• Автор: Карпенко, Сергей Валентинович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Нальчик
• Количество страниц: 134 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ОБЗОР РАБОТ, ПОСВЯЩЕННЫХ СТРУКТУРНЫМ ФАЗОВЫМ ПРЕВРАЩЕНИЯМ В ИОННЫХ КРИСТАЛЛАХ

і. 1. Расчет давления полиморфного превращения

1.2. Расчет упругих постоянных В1 - и В2 -фаз

1.3. Полиморфные превращения в ограниченных кристаллах

1.4. Потенциалы парного взаимодействия в рамках метода функционала плотности

Глава 2. ПОЛИМОРФНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В ЩЕЛОЧНО -

ГАЛОИДНЫХ КРИСТАЛЛАХ БЕСКОНЕЧНО БОЛЬШОГО РАЗМЕРА ПРИ О К

2.1. Термодинамика Ві - В2 перехода

2.2. Изменение характеристик кристалла при полиморфных превращениях

2.3. Фазовые диаграммы полиморфных переходов
Глава 3. ОСОБЕННОСТИ ПОЛИМОРФНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ
В ИОННЫХ КРИСТАЛЛАХ МАЛЫХ РАЗМЕРОВ
3.1. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение полиморфных модификаций щелочно - галоидных кристаллов

3.2. Размерный эффект при В1 - В2 переходе в ограниченных ионных кристаллах
3.3. Упругие константы В1 - и В2 - модификаций
щелочно - галоидных кристаллов
Глава 4. ПОЛИМОРФНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ, ОТЛИЧНЫХ ОТ АБСОЛЮТНОГО НУЛЯ
4.1. Исследование структурных фазовых переходов в
рамках метода молекулярной динамики
4.2. Применение ММД к учету температурных вкладов
при полиморфных превращениях
4.3. Зависимость давления полиморфного превращения
от температуры
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Проблема воздействия высоких давлений на кристаллические вещества охватывает широкий круг вопросов - от фундаментальных задач устойчивости и фазовых превращений до технических материаловедческих приложений. В последние годы резко возрос интерес к исследованиям структурных фазовых переходов как в среднем гидростатическом диапазоне (от 1 до 50 кбар), так и в области сверхвысоких давлений (выше 1 Мбар). Если ранние работы выполнялись относительно простыми в реализации макроскопическими методами, то в настоящее время успешно развиваются исследования фазовых переходов на уровне структуры и динамики решетки. В экспериментальных исследованиях фазовых превращений широко применяются такие методы как комбинационное рассеяние света и инфракрасная спектроскопия, ядерный магнитный и ядерный квадрупольный резонанс, электронный парамагнитный резонанс и дифракция нейтронов.
Для проверки теории фазовых переходов необходимы были исследования, в которых гидростатическое давление используется как дополнительный термодинамический параметр. С их помощью стало возможным объяснить взаимосвязь между направлением смещения точки фазового перехода и его механизмом, и. кроме того, проверить применимость теории «мягкой моды» в квазигармоническом приближении. Использование высокого давления открывает дополнительные перспективы для понимания роли туннелирования и характера псевдоспиновых мод в сегнетоэлектриках с водородными связями. При изучении мультикритических точек фазовых диаграмм «давление - температура» могут быть проверены результаты, полученные с помощью теории ренормализационных групп. Наконец, обнаружение у многих кристаллов новых кристаллических модификаций (полиморфизм), существующих только при высоких давлениях, представляет как теоретический, так и прикладной интерес. Все чаще возникает вопрос о

меров ионных радиусов. Поэтому некоторые кристаллы (например, хлористый цезий и хлористый рубидий) при повышении температуры изменяют свою кристаллическую структуру: из объемноцентрированного куба перестраиваются в элементарный куб. Обратная перестройка наблюдается при увеличении давления, когда радиус аниона уменьшается быстрее, чем радиус катиона - происходит сближение размеров ионных радиусов, которое может привести к переходу кристалла из примитивной кубической решетки в объемноцентрированную. Такого рода перестройки кристаллической структуры при повышении давления переводят кристалл в состояние с решеткой типа СэС). Причем, при дальнейшем увеличении давления возможен переход кристалла в металлизированное состояние [90, 91, 100].
При сжатии кристалла расстояния между частицами уменьшаются. Поэтому разрешенные энергетические зоны, как правило, расширяются, еще больше снимается вырождение. Сами зоны при этом поднимаются вверх, так как при уменьшении объема растет кинетическая энергия электронов. Схематическое поведение энергетических зон при сжатии кристалла показано на рис. 2.1. Здесь Е1ПЕ2- уровни энергии электрона соответственно в занятой и свободной зонах; Ко - равновесное межионное расстояние при нулевом внешнем давлении, соответствующее минимуму термодинамического потенциала кристалла; К - расстояние между ионами в кристалле в момент пересечения энергетических зон.
Оказывается, что при сжатии кристалла зоны поднимаются вверх не в одинаковой мере. Часто некоторые уровни нижних зон растут быстрее уровней верхних свободных зон. При пересечении верхнего энергетического уровня занятой зоны с нижним уровнем свободной зоны электроны могут беспрепятственно занимать уровни энергии обеих зон. Начиная с этого момента не будет запрета на получение электроном порций кинетической энергии от внешнего электрического поля.