Атомистическое моделирование свойств, локальной структуры и энергетики собственных дефектов и примесей в кристаллах со структурными типами галита и перовскита

• Автор: Леоненко, Егор Викторович
• Шифр специальности: 25.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 168 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ И БЛАГОДАРНОСТИ

ГЛАВА 1. МЕТОД КОМПЬЮТЕРНОГО АТОМИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

1.1. Теоретические основы метода

1.2. Моделирование в ионном приближении

1.3. Модель Мотта-Литтлтона

1.4. Процедура оптимизации параметров потенциалов

1.5. Особенности программы GULP

1.6. Программы для моделирования твердых растворов

ГЛАВА 2. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ, ИЗОЛИРОВАННЫХ СОБСТВЕННЫХ И ПРИМЕСНЫХ ДЕФЕКТОВ, КЛАСТЕРОВ ДЕФЕКТОВ НЕКОТОРЫХ ЩЕЛОЧНЫХ ГАЛОГЕНИДОВ ТИПА NaCl.

2.1. Литературный обзор

2.1.1 Изучение изолированных собственных дефектов в щелочных галогенидах
2.1.2 Изучение изолированных примесных дефектов замещения и их кластеров в щелочных галогенидах
2.2. Оптимизация межатомных потенциалов щелочных галогенидов
2.3. Моделирование образования дефектов и их кластеров в щелочных галогенидах
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ СВОЙСТВ СМЕШЕНИЯ И ЛОКАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ПРОТЯЖЕННЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ NaCl-KCl, NaCl-KCl И LiCl-NaCl
3.1. Феноменологическая теория твердых растворов замещения
3.2 Литературный обзор
3.2.1 Экспериментальное изучение твердых растворов щелочных галогенидов
3.2.2 Теоретическое изучение твердых растворов щелочных галогенидов

3.3. Расчет структурных и термодинамических свойств твердых растворов
3.4. Анализ локальной структуры твердых растворов
ГЛАВА 4. КРИСТАЛЛОХИМИЯ ПЕРОВСКИТОВ
4.1 Структура неискаженного перовскита
4.2 Искажение структуры за счет качания октаэдров
4.3 Искажение структуры за счет эффекта Яна-Теллера
4.4 Твердые растворы со структурным типом перовскита
4.5 Свойства кристаллов со структурой перовскита и их применение
4.6 Минералы со структурным типом перовскита
ГЛАВА 5. АТОМИСТИЧЕСКОЕ КОМПЬЮТЕРНОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ,
СОБСТВЕННЫХ И ПРИМЕСНЫХ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ НЕКОТОРЫХ КРИСТАЛЛОВ СО СТРУКТУРОЙ ПЕРОВСКИТА
5.1. Литературный обзор
5.1.1 Моделирование собственных точечных дефектов в перовскитах
5.1.2 Моделирование примесных точечных дефектов в перовскитах

5.2. Атомистическое моделирование структуры и свойств, собственных и примесных точечных дефектов перовскитов типа АВОз (А=Са; B=Zr, Тц 141 8п)
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ И БЛАГОДАРНОСТИ
Последние десятилетия знаменуются качественным скачком быстродействия компьютеров, что позволяет бурно прогрессировать тем областям знания, в которых вычислительный эксперимент является неотъемлемой частью исследования. Поэтому в последние 10-15 лет в энергетической кристаллохимии появилась практическая возможность перейти от моделирования идеальных кристаллов к структурно несовершенным реальным кристаллам. Поскольку минералы имеют преимущественно смешанный состав, особо важной задачей является моделирование образования дефектов дефектов в них и их твердых растворов.
Наличие собственных и применых точечных дефектов в кристаллах часто тесно связано с особенностью их свойств. Экспериментальное исследование образования точечных дефектов в различных позициях кристаллической решетки часто является трудоемкой процедурой, а иногда - и просто невозможной вследствие особенностей физических свойств изучаемых кристаллов. Компьютерное моделирование дефектов позволяет оценить вероятность возникновения того или иного дефекта, рассчитать свойства, которые появляются в кристалле благодаря его наличию.
В настоящее время моделирование твердых растворов позволяет рассчитать их физические и термодинамические свойства, их структурные особенности. В твердых растворах обычно реализуется неупорядоченное распределение замещающих друг друга атомов по эквивалентным кристаллохимическим позициям, и поэтому попытка воспроизвести как можно ближе статистическое распределение атомов в структуре является важной задачей при моделировании твердых растворов. В современных методах квантово-механических расчетов и статистических методах (метод Монте-Карло) это реализуется в рамках небольших фрагментов структуры - кластерах, которые затем неупорядоченно смешиваются между собой. Эти подходы позволяют довольно хорошо определить термодинамические свойства твердого раствора, но не способны воспроизвести его локальную структуру с достаточной достоверностью. Для полного описания структуры и свойств твердого раствора необходимо использовать в расчете более крупные фрагменты структуры (несколько сотен атомов), в пределах которых возможно реализовать статистическое распределение атомов. Такой расчет невозможно осуществить перечисленными методами, наиболее подходящим для

Рис. 2-1. Сравнение зависимостей энтропии 5т от температуры Т, вычисленных в ходе моделирования (сплошные линии) и полученных экспериментально (пунктирные линии) (КоЫе, 1995) для щелочных галогенидов.
Рис. 2-2. Сравнение зависимостей изохориой теплоемкости Су от температуры Т, полученных в ходе моделирования (сплошные линии) и пересчитанных из эксперимента (пунктирные линии) (Ahrens, 1995) для щелочных галогенидов.