Влияние водорода на электронную структуру поверхности сплавов переходных металлов

• Автор: Кульков, Сергей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 189 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
Г лава 1 Методы расчета зонной структуры объемных и низко-размерных материалов
§1.1 Формализм теории функционала электронной плотности
§1.2 Линейный метод присоединенных плоских волн
§ 1.2.1 Метод Коэллинга - Лрбмана
§1.2.2 Метод Такеды-Кюблера
§ 1.2.3 Практические аспекты реализации ПП ЛППВ метода
§1.3 Псевдопотенциальный подход для расчета электронной структуры
кристаллов
§1.4 Практическая реализации метода псевдопотенциалов
§1.5 Адсорбция водорода на поверхности Рб(001)
§1.6 Выводы
Глава 2. Адсорбция водорода на низко-индексных поверхностях В2-сплавов титана
§2.1 Теоретические исследования адсорбции водорода на металлических поверхностях и поверхностной электронной структуры сплавов переходных
металлов
§2.2 Методика расчета электронной структуры поверхности В2-сплавов титана...53 §2.3 Электронная структура низко-индексных поверхностей В2-сплавов титана
§2.3.1 Поверхность Т1Ме(001)
§2.3.2 Поверхность Т1Ме(110)
§2.4 Адсорбция водорода на поверхностях В2-сплавов титана
§2.4.1. Адсорбция водорода на поверхности В2-Т1Ме(001)
§2.4.2. Адсорбция водорода на поверхности В2-Т1Ме(110)
§2.5 Основные результаты и выводы
Глава 3 Адсорбция водорода на низко-индексных поверхностях (001) и (110) сплавов
палладия
§3.1 Атомная структура низко-индексных поверхностей РсШе и РсГГа
§3.2 Адсорбция водорода на поверхностях Рс1Та(001) и (110)
§3.3 Адсорбция водорода на поверхностях РбРе(001) и (110)
§3.4 Влияние состава поверхностных слоев на сорбцию водорода в сплавах
переходных металлов
§3.5 Электронные факторы и химическая активность металлических поверхностей
§3.6 Основные результаты и выводы
Г лава 4 Исследование взаимодействия металл-водород в сплавах палладия и титана
§4.1 Методика расчета электронной структуры объемных сплавов и гидридов
переходных металлов
§4.2 Электронная структура и структурная релаксация в бинарных палладия и
магния
§4.3 Влияние магнитного состояния примеси на сорбцию водорода в сплавах
палладия
§4.4 Влияние структуры и состава бинарных сплавов на их реакционную
способность
§4.5 Влияние границ зерен на электронную структуру металлов и сплавов
и характеристики сорбции водорода
§4.6 Основные результаты и выводы
Заключение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Разработка новых перспективных материалов и технологий невозможна без понимания природы физико-химических и механических свойств материалов и комплексных процессов, происходящих в объеме и на поверхности на микроскопическом уровне. Использование компьютерных технологий, которые позволяют предсказывать свойства материалов, оценивать эффективность технологических процессов и значительно снизить расходы на экспериментальные исследования, которые требуют дорогостоящее оборудование, привлекают все большее внимание специалистов в области физики, химии, механики и материаловедения. Появляется возможность моделировать такие процессы, экспериментальная реализация которых требует больших расходов или в принципе невозможна. Возникает необходимость в теоретических исследованиях, которые позволили бы углубить фундаментальные знания о процессах, происходящих в твердом теле и сформулировать принципы создания технологически важных материалов. Большое число явлений и процессов происходит на поверхности. Эти процессы имеют многоступенчатый характер и играют критическую роль в механическом поведении материалов. Процессы на поверхности имеют ключевое значение для производства перспективных материалов. Физико-механические свойства низко-размерных структур могут значительно отличаться от свойств объемных материалов. Микроскопическую природу явлений в объеме и на поверхности можно исследовать, используя современные вычислительные методы зонной теории. Эти методы могут служить базисом для разработки материалов с желаемыми характеристиками на атомарном уровне. Они позволяют установить связь между структурой материалов и их электронной подсистемой. Исследования электронной подсистемы позволяют объяснить микроскопическую природу многих свойств и процессов, наблюдаемых в твердом теле. Самосогласованные расчеты из первых принципов являются очень сильным и точным инструментом в решении задачи определения физико-химических свойств материалов и структур (одиночные атомы, кластеры, пленки, сплавы и др.). Главное достоинство теоретических методов исследования из первых принципов заключается в использовании фундаментальных знаний, выраженных в строгой математической формулировке без применения различных подгоночных переменных и параметров. По этой причине результаты таких исследований обеспечивают прочную основу для развития и разработки новых феноменологических концепций.
В последнее десятилетие наблюдается стремительный прогресс, как в экспериментальных, так и в теоретических исследованиях поверхностной электронной

гамильтониана Кона-Шема, которые являются наиболее эффективными при вычислении основного состояния для конечных температур. Эти методы используются совместно со смешиванием зарядовой плотности. В начале выбирается подходящий набор волновых функций {ф„, п=1
у1ос=у‘::+уир1П]+ухср1п] (1.62)
и соответствующие двойные поправки
Ъ.срт=~ЕНРт]+ЕХСрт}- №гУ*'(г)рт(г). (1.63)
Для ультрамягких ПП нелокальная часть псевдопотенциала зависит также от локального потенциала и должна вычисляться в соответствии с (1.60). На следующем шаге изменяются затравочные волновые функции с использованием итеративного метода, и новые собственные значения используются для вычисления новой энергии Ферми и новых частичных занятостей. Полная свободная энергия для текущей итерации вычисляется как сумма зонной энерг ии, энтропийного члена и двойных поправок
р=Ц/.С’ - 5>5()+ъЛрЛ а-64)
Функционал, определённый в (1.64), требует вычисления зонной энергии для фиксированной зарядовой плотности pjn. Для получения самосогласованной точной энергии основного состояния Кона-Шема по отношению к входной зарядовой плотности требуется, чтобы вектор разности зарядовой ПЛОТНОСТИ -Я[рт]
РрЛ = Рш~Рш (1-65)
был равен нулю, когда выходная зарядовая плотность вычисляется из волновых функций, согласно (1.53). Вектор разности Я[р;п] и информация из предыдущих шагов смешивания, позволяет ВЫЧИСЛЯТЬ новые зарядовые ПЛОТНОСТИ Pin для следующего цикла самосогласования. Необходимо достаточно точно оценить собственные функции ф„ для каждой новой входной зарядовой плотности, определяя только pout и вектор R для входной