Блог

Колупаева С.В., Горяева А.М., Еремин Н.Н.

ЛОКАЛЬНАЯ СТРУКТУРА В СИСТЕМЕ БРОМЕЛЛИТ-ЦИНКИТ

ПО ДАННЫМ АТОМИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Набор межатомных потенциалов для атомистического моделирования оксидов бериллия разработанный ранее в [Еремин и др., 2009], был дополнен согласованным потенциалом межатомного взаимодействия Zn-O, который позволил хорошо воспроизвести структурные и упругие свойства цинкита. Рассчитанные параметры элементарных ячеек отличаются от соответствующих экспериментальных значений не более чем на 0,4%, а объем ячейки – на 0,23%. Рассчитанные упругие константы цинкита также находятся в согласии с экспериментальными данными и результатами ab-initio расчетов [Шеин и др., 2007].

Расширенный набор межатомных потенциалов был использован для геометрического анализа локальной структуры твердых растворов замещения в системе бромеллит BeO – цинкит ZnO. Для расчетов использовалась как модель «вложенных сфер» (метод Мотта-Литтлтона), так и метод сверхячеек. Расчеты велись в сверхячейке 4×4×4 структурного типа вюртцита в пр. гр. P1 со снятой нетрансляционной симметрией (рис. 1), что обусловлено реальной структурой твердого раствора. Расчеты проводились по программе GULP версии 3.1 [Gale J.D., 2005] на суперкомпьютерном комплексе СКИФ-МГУ «Чебышев». Были построены гистограммы межатомных расстояний M-O и O-O, оценены объемы тетраэдров МO₄, а также изучены зависимости этих величин от состава твердого раствора.

Оцененные значения податливостей катионных позиций С_S составили ~32% для Zn и ~24% для Be. Столь низкие значения податливостей катионных позиций в сравнении с соответствующими значениями С_S в других изоморфных системах показывает, что в этом структурном типе тетраэдры ZnO₄ и BeO₄ являются полиэдрами с достаточно сильно выраженной степенью релаксации, а геометрические различия этих полиэдров сильно ограничивает возможности системы бромеллит-цинкит к образованию смешанных кристаллов при низких температурах. Этот вывод согласуется с рассчитанным в настоящей работе относительно высоким значением энтальпии смешения DH_см твердого раствора ZnO-BeO достигающего своего максимума = 22 кДж при составе Be_0.55Zn_0.45O.

Работа получила финансирование гранта РФФИ 09-05-00403-а.

Литература

Еремин Н.Н., Громалова Н.А., Урусов В.С. Атомистическое моделирование и предсказание структуры, энергетики точечных дефектов, термодинамических и упругих свойств простых и сложных оксидов бериллия // Физика и химия стекла (2009) Т.35, №6, с.812-819.

Шеин И.Р., Кийко В.С., Макурин Ю.Н., Горбунова М.А., Ивановский А.Л. Упругие параметры моно- и поликристаллических вюрцитоподобных BeO и ZnO: ab-initio расчеты // Физика твердого тела (2007) Т.49, №6, стр. 1015-1020.

Gale J.D. GULP: Capabilities and prospects// Z. Kristallogr. 220 (2005) 552–554

Рис.1. Сверхъячейка, использованная для расчета локальной структуры. Крупные шары – атомы кислорода, мелкие шарики – Be (черные) и Zn (светлые).