Фазовый переход "диэлектрик-металл" в массивных щелочно-галоидных кристаллах
Изучение свойств кристаллов, подвергнутых сверхвысокому давлению. Модель решетки диэлектрической фазы ионного кристалла. Термодинамические потенциалы диэлектрической и металлизированной фаз. Давления "металлизации" образцов щелочно-галоидных кристаллов.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.07.2013 |
| Размер файла | 25,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Фазовый переход "диэлектрик-металл" в массивных щелочно-галоидных кристаллах
В последние 20-25 лет достигнут существенный прогресс в изучении свойств кристаллов, подвергнутых сверхвысокому давлению. Для ряда веществ удалось установить последовательность структурных переходов (В1-В2, ), электронные переходы типа «диэлектрик-металл» (металлизация). Металлизация - электронный переход изолятор-металл (переход первого рода) с увеличением плотности вещества. Металлизация вещества под давлением многократно экспериментально и теоретически исследовалась. Металлизация вещества была обнаружена у широкого круга веществ: ионные кристаллы, оксиды, силикатные стекла, сульфиды и кристаллы инертных газов, полупроводниковые кристаллы. Галогениды щелочных металлов являются простейшими представителями ионных кристаллов. При нулевом внешнем давлении стабильной является структура типа NaCl (B1), затем, при достижении точки полиморфного превращения, осуществляется фазовый переход к структуре типа CsCl (B2 - структура), в малой окрестности давления металлизации pмет термодинамические потенциалы диэлектрической и металлизированной фаз равны, при дальнейшем увеличении давления более стабильной становится металлизированная фаза. Переход диэлектрика в металлизированное состояние произойдет когда кристалл будет сжат до такой степени, что сравняются термодинамические потенциалы обеих фаз
. (1)
В случае абсолютного нуля температуры (Т =0 К) система (1) существенно упрощается
. (2)
Из уравнения (2), если известны функции E1(V1) и E2(V2), легко находится давление и удельные объемы обеих фаз в точке перехода.
В данной работе для расчета давления всестороннего сжатия, при котором должна происходить «металлизация» диэлектрика, используется электронно-статистическая модель в формализме метода функционала плотности [1-2].
Модель решетки диэлектрической фазы ионного кристалла. При описании термодинамики фазы ионного кристалла будем исходить из модели идеальной кристаллической решетки, имеющей структуру типа CsCl (B2 - структура), состоящей из точечных зарядов разного знака. Температуру будем считать равной абсолютному нулю. Термодинамический потенциал ионной решетки имеет вид:
, (3)
где = 1,747558 - постоянная Маделунга В2 - структуры; UB1(R) - потенциал парного взаимодействия ионов, рассчитанный самосогласованным образом в рамках теории неоднородного электронного газа [2]. В работе [1] термодинамический потенциал (3) ионного кристалла был построен с учетом взаимодействия ионов семи координационных сфер
, (4)
где - отношение радиусов k - й и первой координационных сфер, Nk - число ближайших соседей в k-й координационной сфере. Итак, окончательно перепишем (3) с учетом (5), представив предварительно давление p в виде
, (5)
. (6)
Модель металлизированной фазы ионного кристалла. При нулевом внешнем давлении стабильной является структура типа NaCl (B1), затем, при достижении точки полиморфного превращения, осуществляется фазовый переход к структуре типа CsCl (B2 - структура), в малой окрестности давления металлизации pмет термодинамические потенциалы диэлектрической и металлизированной фаз равны, при дальнейшем увеличении давления более стабильной становится металлизированная фаза. В дальнейшем, говоря о фазе (1), будем иметь в виду диэлектрическую фазу со структурой типа CsCl, а под фазой (2) будем понимать металлизированное состояние кристалла.
Для расчета термодинамического потенциала металлизированной фазы используется (для объемной части) модель Гомбоша [3], удовлетворительно описывающая свойства щелочных металлов. Модель Гомбоша позволяет записать энергию решетки металла (отнесенную к паре атомов) в виде:
(7)
диэлектрический кристалл металлизированный давление
где Z - валентность металла; Rm - расстояние между ближайшими соседями, r0 - граничный радиус иона в металле; постоянная в модели Гомбаша Са = 0.738.
Объемная часть термодинамического потенциала фазы (2) при записывается в виде
, (8)
где N - число пар ионов разного знака в исходном кристалле. Таким образом, давление металлизации можно определить из условия
G1 = G2. (9)
Минимизируя термодинамические потенциалы диэлектрической и металлизированной фаз и определяя межионные расстояния при данном внешнем давлении, в результате решения на ЭВМ уравнения (9) были определены давления «металлизации» для ряда щелочно-галоидных кристаллов. Результаты расчета для массивных образцов представлены в таблице 1, в которой также приведены для сравнения значения давлений полиморфного B1 - B2 перехода (структура типа NaCl - структура типа CsCl), который также осуществляется при всестороннем сжатии кристалла в области килобарных давлений [1-2]. Также в таблице проведено сравнение результатов с данными ряда работ, посвященных расчету давления металлизации ионных кристаллов [5-8].
Давления «металлизации» массивных образцов щелочно-галоидных кристаллов
|
Кристалл |
p (В1-В2) кбар. [1-2] |
pмет, Мбар Данная работа |
pмет, Мбар Жданов - Поляков [5] |
pмет, Мбар Feldman [6] |
pмет, Мбар McMahan [7] |
pмет, Мбар Бацанов [8] |
|
|
LiF |
300 |
27 |
- |
- |
- |
7,5 |
|
|
LiCl |
149 |
20 |
- |
14 |
- |
2,9 |
|
|
LiBr |
100 |
18 |
- |
- |
- |
2,2 |
|
|
NaF |
154 |
22 |
- |
- |
- |
4,2 |
|
|
NaCl |
138 |
15 |
1,3 |
11 |
13 |
2 |
|
|
NaBr |
45 |
12 |
1,7 |
16 |
- |
1,6 |
|
|
KF |
89 |
9 |
0,8 |
- |
17 |
2,7 |
|
|
KCl |
29 |
6 |
0,5 |
4 |
10 |
1,4 |
|
|
KBr |
29 |
5 |
- |
- |
- |
1,1 |
|
|
RbF |
34 |
2 |
- |
- |
- |
2,3 |
|
|
RbCl |
17 |
2 |
- |
- |
- |
1,2 |
|
|
RbBr |
14 |
1,5 |
- |
- |
- |
0,97 |
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Особенности работы детекторов на основе щелочно-галоидных кристаллов для регистрации рентгеновского и мягкого гамма-излучения, пути ее оптимизации. Анализ методик, позволяющих значительно улучшить сцинтилляционные характеристики регистраторов излучений.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 16.12.2012Атомная подсистема твердого тела. Анизотропия и симметрия физических, физико-химических, механических свойств кристаллов. Модель идеального кристалла и независимых колебаний атомов в нем. Классическое приближение. Модель Эйнштейна. Энергия решетки.
презентация [303,4 K], добавлен 22.10.2013Исследование диэлектрических свойств кристаллов со структурой перовскита методами дифференциальной диэлектрической спектроскопии. Спектры коэффициента отражения, восстановление диэлектрических функций феррита висмута. Диэлектрические и оптические функции.
курсовая работа [3,3 M], добавлен 26.03.2012Применения МД для исследования пластической деформации кристаллов. Алгоритм интегрирования по времени. Начальное состояние для кристалла с дефектами. Уравнение для ширины ячейки моделирования. Моделирования пластической деформации ГПУ кристаллов.
дипломная работа [556,7 K], добавлен 07.12.2008Понятие диэлектрической проницаемости как количественной оценки степени поляризации диэлектриков. Зависимость диэлектрической проницаемости газа от радиуса его молекул и их числа в единице объема, жидких неполярных диэлектриков от температуры и частоты.
презентация [870,1 K], добавлен 28.07.2013Теория электрической проводимости и методика её измерения. Теория диэлектрической проницаемости и методика её измерения. Экспериментальные исследования электрической проводимости и диэлектрической проницаемости магнитной жидкости.
курсовая работа [724,5 K], добавлен 10.03.2007Понятие и основные этапы кристаллизации как процесса фазового перехода вещества из жидкого состояния в твердое кристаллическое с образованием кристаллов. Физическое обоснование данного процесса в природе. Типы кристаллов и принципы их выращивания.
презентация [464,0 K], добавлен 18.04.2015История развития представления о жидких кристаллах. Жидкие кристаллы, их виды и основные свойства. Оптическая активность жидких кристаллов и их структурные свойства. Эффект Фредерикса. Физический принцип действия устройств на ЖК. Оптический микрофон.
учебное пособие [1,1 M], добавлен 14.12.2010Анализ изменений емкости и диэлектрической проницаемости двухполюсника в зависимости от резонансной частоты, оценка закономерности. Применение измерителя добротности ВМ-560, порядок его калибровки. Построение графиков по результатам проведенных измерений.
лабораторная работа [426,0 K], добавлен 26.04.2015Структура кристаллов. Роль, предмет и задачи физики твердого тела. Кристаллические и аморфные тела. Типы кристаллических решеток. Типы связей в кристаллах. Кристаллические структуры твердых тел. Жидкие кристаллы. Дефекты кристаллов.
лекция [2,0 M], добавлен 13.03.2007Понятие и классификация дефектов в кристаллах: энергетические, электронные и атомные. Основные несовершенства кристаллов, образование точечных дефекто, их концентрация и скорость перемещения по кристаллу. Диффузия частиц за счет движений вакансий.
реферат [571,0 K], добавлен 19.01.2011Физико-химические и механические свойства кристаллов частично стабилизированного диоксида циркония. Конструкционное и триботехническое назначение кристаллов ЧСЦ; технология производства, основное и вспомогательное оборудование, приспособления и материалы.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 16.12.2012Описание структуры и параметров активированных кристаллов. Характеристики полиэдров Вороного-Дирихле. Исследование структуры и расчет параметров Джадда-Офельта для активированных кристаллов. Изучение структуры шеелитов методом пересекающихся сфер.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 20.07.2015Группа потенциалов "E F G H", имеющих размерность энергии. Зависимость термодинамических потенциалов от числа частиц. Энтропия как термодинамический потенциал. Термодинамические потенциалы многокомпонентных систем.
лекция [210,3 K], добавлен 26.06.2007Изучение процесса изготовления фотонных кристаллов как материалов, структура которых характеризуется периодическим изменением показателя преломления в пространственных направлениях. Методы получения: самопроизвольное формирование, травление, голография.
реферат [421,0 K], добавлен 26.01.2011Анализ реакций кристаллизации как основного фазового превращения. Пути возникновения в исходной фазе небольших объемов новой фазы и последующего их роста. Проблемы, возникающие вследствие увеличения числа и размеров растущих кристаллов, пути их решения.
контрольная работа [16,7 K], добавлен 28.08.2011Понятие атомного номера элемента в таблице Менделеева. Сопоставление квантовых чисел с определяемыми ими категориями. Связь между атомами в металлах. Классификация дефектов строения кристаллов. Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое.
контрольная работа [15,6 K], добавлен 01.10.2010Понятие молекулярной связи как самой непрочной, ее сущность и особенности. Зависимость эффекта дипольной поляризации в вязкой среде от увеличения ее температуры. Зависимость диэлектрической проницаемости тел от структурных особенностей диэлектрика.
контрольная работа [19,8 K], добавлен 06.04.2009Характеристика пьезоэлектрического эффекта. Изучение кристаллической структуры эффекта: модельное рассмотрение, деформации кристаллов. Физический механизм обратного пьезоэлектрического эффекта. Свойства пьезоэлектрических кристаллов. Применение эффекта.
курсовая работа [718,8 K], добавлен 09.12.2010Характеристика трех методов рентгеноструктурного анализа. Роль метода Лауэ для изучения атомной структуры кристаллов. Использование метода вращения при определении атомной структуры кристаллов. Изучение поликристаллических материалов методом порошка.
реферат [777,4 K], добавлен 28.05.2010
