Энергетическая структура и химическая связь в кристаллах LiMX2(M=Al,Ga,In;X=S,Se,Te) и LiGaO2

• Автор: Дугинова, Екатерина Борисовна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 124 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Общая характеристика кристаллов ЫМХг

1.1. Синтез кристаллов

1.2. Кристаллическая структура

1.2.1. Структура халькопирита

1.2.2. Структура типа р-ИаГе02

1.3. Экспериментальные исследования кристаллов лМХ2

1.4. Теоретические исследования электронного строения кристаллов иМХг

1.4.1. Исследования зонной структуры

1.4.2. Исследование плотности состояний

1.5. Выводы и постановка задачи
Глава 2. Методы и параметры расчета электронной структуры
2.1. Метод функционала плотности
2.2. Метод подрешеток
2.2.1. Нахождение разностной плотности
2.2.2. Генезис зонной структуры кристалла из подрешеточных состояний
2.3. Параметры расчета
Глава 3. Энергетическая структура кристаллов ГіМХ2
3.1. Халькогениды с решеткой халькопирита
3.1.1. Зонная структура кристаллов ГіМГе2 (М=А1, Са, 1п) и ГіІп8е2
3.1.2. Генезис зонной структуры кристаллов ГіМХ2 с решеткой халькопирита из подрешеточных состояний
3.1.3. Плотность состояний кристаллов ЫМГе2 и ГіІп8е2
3.2. Орторомбические кристаллы ЫМГ2
3.2.1. Вычисление зонной структуры кристаллов ГіМХ2 (М=А1, Оа, 1п; Х=8, Бе) и ЬіОа02
3.2.2. Участие подрешеток в формировании зонной структуры ор-

торомбических кристаллов лМХ2
3.2.3. Плотность состояний орторомбических кристаллов 1лМХ2
3.3. Сопоставление электронного строения кристаллов Ь11п8е2 в ор-торомбической и тетрагональной модификациях Глава 4. Плотность заряда валентных электронов и химическая связь в тройных 1л-содержащих кристаллах
4.1. Распределение заряда валентных электронов в кристаллах ЬШТе2 (М=А1, Са, 1п) и Ы1п8е2
4.2. Распределение заряда валентных электронов в кристаллах лМХг с орторомбической структурой
4.3. Разностная плотность заряда валентных электронов в кристаллах ПМХ2 (М=А1, Оа, 1п; Х=$, ве, Те) и ЬЮа02
4.4. Особенности распределения заряда валентных электронов в тет-

рагональной и орторомбической модификациях кристаллов Ы1п8е2
Глава 5. Некоторые физико-химические свойства кристаллов ЫМХ2
5.1. Параметры, характеризующие физико-химические свойства тройных кристаллов типа АВХг
5.1.1. Степень ионности связей А -X и В-Х
5.1.2. Диэлектрическая проницаемость
5.1.3. Микротвердость
5.2. Физико-химические свойства кристаллов лМХг
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность работы. Поиск новых материалов для нелинейной оптики среднего ИК-диапазона стимулировал синтез и проведение экспериментальных исследований группы кристаллов 1лМХ2 (М=А1, 1п, Оа; АНЗ, Бе, Те) и 1л0а02, которые обычно кристаллизуются в структурах типа р-№Бе02 (Р-феррит натрия) и СиБе82 (халькопирит). Повышенный интерес к этим кристаллам вызван наличием ряда физических и физико-химических свойств (относительно большая ширина запрещенной зоны, высокий коэффициент теплопроводности, низкая анизотропия линейного теплового расширения и др.), делающих кристаллы ЫМХ2 более перспективными по сравнению с их кристаллохимическими аналогами СиМХ2 и А&МХ2. Благодаря проведенным за последние десять лет исследованиям был накоплен большой массив экспериментальных данных, а теоретические исследования из первых принципов электронной структуры и колебательных свойств кристаллов 1лМХ2 появились лишь недавно, и посвящены в основном изучению кристаллов со структурой халькопирита. Что касается кристаллов ХлМХ2 в орторомбической модификации, то систематические исследования их электронной структуры из первых принципов к началу нашей работы находились в стадии разработки. Изложенное выше определяет актуальность темы настоящей работы.
В качестве объектов диссертационного исследования выбраны шесть кристаллов 1л0аО2, ЬЮаБ2, 1л1п82, 1лА18е2, 1лСа8е2, 1л1п8е2 в орторомбической модификации (со структурой подобной р-№Бе02) и четыре кристалла БЛА1Те2, 1лОаТе2,1л1пТе2, ЬПпБег - со структурой халькопирита.
Целью настоящей работы является теоретическое исследование из первых принципов с использованием метода подрешеток электронного строения и химической связи в кристаллах 1лМХ2 и определение их некоторых физикохимических свойств.
Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Выполнить расчеты зонной структуры и плотности состояний для кристаллов 1лМХ2 (М=А1, 1п, Оа; Х=0, 8, 8е, Те) с использованием метода подре-

а обменно-корреляционный потенциал Ухс(г) равен
(2.8)
где Ехс {/о(г)} - обменно-корреляционная энергия, включающая вклады как от
потенциальной энергии, так и от кинетической энергии (см. формулу 2.8).
В литературе уравнение (2.6) обычно называется уравнением Кона-Шэма [82]. Если теперь использовать для обменно-корреляционной энергии локальное приближение
щего электронного газа, то задача вычисления плотности электронов в кристалле и его энергии в основном состоянии полностью определяется написанной выше системой уравнений.
Полная энергия системы взаимодействующих электронов следующим образом выражается через решение уравнения (2.6):
Метод Кона-Шэма вместе с выражением (2.10) для полной энергии при подходящем выборе выражения для обменно-корреляционного функционала
основного состояния кристалла, в том числе энергии и электронной плотности
Существуют многочисленные попытки улучшения локального приближения для обменно-корреляционной энергии, например, с помощью градиентных поправок [88]. Следует отметить, что уже в рамках локального приближения многие физические свойства кристаллов, включая и кристаллы с ионной связью, описываются с очень хорошей точностью.
{уо(г )} = /!/?(?)],
(2.9)
где функция /[/»(г)] определяется свойствами однородного взаимодействую-
Е{Р(Г)} = ЕЛА-Д - р{гул& + 1р(г)Уса {г)АР +

2 /— . /—/
(2.10)
Ехср{г)} позволяет, в принципе, провести самосогласованный расчет свойств
[86,87].