Kvantově mechanické studium stability fází v kovových systémech
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Práce se zabývá teoretickým studiem stability fází vybraných kovových systémů. Navrhuje model strukturních transformací disilicidů tranzitivních kovů MoSi2, CrSi2, VSi2 a TiSi2 a paladiové tenké vrstvy na kubických substrátech W(001) a Nb(001). Získané výsledky umožňují zobrazit profil celkové energie během transformací, určit aktivační energii nutnou pro danou transformaci a také přibližně odhadnout teplotu, za které je transformace možná. Celková energie je spočtena metodou linearizovaných přidružených rovinných vln s úplným zahrnutím krystalového potenciálu (FLAPW), implementovanou v programovém balíku WIEN2k. Pro výměnnou a korelační energii je použita zobecněná gradientová aproximace (GGA) i aproximace lokální hustoty (LDA). U disilicidů tranzitivních kovů se ukazuje, že vypočtené teploty pro strukturní transformace jsou vyšší než teploty tavení těchto materiálů. Srovnání našich energiových profilů s profily získanými pomocí meziatomových semiempirických potenciálů typu Bond Order pomáhá výrazně zlepšit nastavení některých jejich fitovaných parametrů. Strukturní transformaci tenké vrstvy Pd na kubických substrátech se podařilo modelovat v souladu s dostupnými experimentálními daty. Odhad teploty 168 K nutné pro přechod modelového nekonečného krystalu Pd ze struktury hexagonální těsně uspořádané (hcp) do dvojité hexagonální těsně uspořádané (dhcp) umožnil objasnit chování Pd vrstev na kubických substrátech W(001) a Nb(001). Pd vrstvy silnější než 100 monovrstev na substrátu W(001) mění svoji výchozí hcp strukturu na dhcp již při pokojové teplotě. Tenčí vrstvy se takto transformují až po vyžíhání na 400 K v důsledku silného vlivu kubického substrátu. Rozdíl mezi odhadnutou teplotou transformace pro nekonečný krystal a naměřenou teplotou pro Pd vrstvu se dá vysvětlit současným vlivem doménové struktury vrstvy a substrátu. Zároveň byly analyzovány různé přístupy k transformaci výchozí hcp struktury do základní struktury Pd kubické plošně centrované a byl identifikován nejlépe vyhovující model, který respektuje doménové uspořádání Pd filmu.
This work presents a theoretical study of stability of phases in selected metallic systems. We propose a model of structural transformations in transition metal disilicides MoSi2, CrSi2, VSi2 and TiSi2 and in Pd thin films grown on cubic substrates W(001) and Nb(001). The obtained results yield the total energy proles for the structural transformations studied, the activation energies needed for each individual transformation and an estimate of the temperature at which the structure can transform. The total energies are calculated by full-potential linearized augmented plane waves (FLAPW) method incorporated in the WIEN2k code. Both generalized gradient approximation (GGA) and local density approximation (LDA) are employed for the exchange-correlation term. It turns out that temperatures corresponding to the activation energies of structural transformations in transition metal disilicides exceed their melting temperatures. Comparing the resulting total energy proles to those obtained by the semiempirical Bond Order interatomic potentials (BOP) substantially helps to adjust the fitting parameters of the BOPs. The estimated temperature of 168 K needed to transform the hcp structure of an innite Pd crystal into the dhcp structure explains the behavior of the Pd thin lm on W(001) and Nb(001) substrates. Pd lms deposited on W(001) substrate and thicker than about 100 monolayers undergo this transformation already at room temperature. Thinner lms need to be annealed at 400 K rst, due to their stronger interaction with the substrate. The difference between the computed result and a real temperature at which the hcp Pd lm transforms its structure to the dhcp can be explained by both the interaction between the lm and the substrate and by the inuence of the domain topology of the lm. Analyzing different models of transformation of the initial hcp Pd structure to the ground state fcc structure, we identied the optimum model that respects the domain topology of the Pd lm.
This work presents a theoretical study of stability of phases in selected metallic systems. We propose a model of structural transformations in transition metal disilicides MoSi2, CrSi2, VSi2 and TiSi2 and in Pd thin films grown on cubic substrates W(001) and Nb(001). The obtained results yield the total energy proles for the structural transformations studied, the activation energies needed for each individual transformation and an estimate of the temperature at which the structure can transform. The total energies are calculated by full-potential linearized augmented plane waves (FLAPW) method incorporated in the WIEN2k code. Both generalized gradient approximation (GGA) and local density approximation (LDA) are employed for the exchange-correlation term. It turns out that temperatures corresponding to the activation energies of structural transformations in transition metal disilicides exceed their melting temperatures. Comparing the resulting total energy proles to those obtained by the semiempirical Bond Order interatomic potentials (BOP) substantially helps to adjust the fitting parameters of the BOPs. The estimated temperature of 168 K needed to transform the hcp structure of an innite Pd crystal into the dhcp structure explains the behavior of the Pd thin lm on W(001) and Nb(001) substrates. Pd lms deposited on W(001) substrate and thicker than about 100 monolayers undergo this transformation already at room temperature. Thinner lms need to be annealed at 400 K rst, due to their stronger interaction with the substrate. The difference between the computed result and a real temperature at which the hcp Pd lm transforms its structure to the dhcp can be explained by both the interaction between the lm and the substrate and by the inuence of the domain topology of the lm. Analyzing different models of transformation of the initial hcp Pd structure to the ground state fcc structure, we identied the optimum model that respects the domain topology of the Pd lm.
Description
Citation
KÁŇA, T. Kvantově mechanické studium stability fází v kovových systémech [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2009.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Fyzikální a materiálové inženýrství
Comittee
Date of acceptance
2009-07-03
Defence
1. Navržení transformačních drah mezi složitými strukturami C11o, C40 a C 54 a analýza profilů totálních energií podél těchto drah.
2. Vysvětlení experimentálně pozorované transformace ncp struktury tenkých vstev paladia do struktury dhcp
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení