Электронная структура сплавов переходных металлов в приближении нелокального псевдопотенциала тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ПСЕВДОПОТЕНЦИАЛА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ

ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ ТВЕРДЫХ ТЕЛ.

1.1. Использование метода псевдопотенциала при описании электронных свойств металлов

1.2. Модельные потенциалы простых,переходных металлов

1.3. Экранирование псевдопотенциала

1.4. Учет обмена и корреляции электронов проводимости

1.5. Эффективный парный потенциал межатомного взаимодействия

1.6. Постановка задачи.

Глава П. РЕЗОНАНСНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛАХ

2.1. Расчет эффективных энергий парного резонансного взаимодействия между ионами.

2.2. Расчет параметров одиночного резонанса

Глава Ш. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЙ ФУНКЦИИ ЗОННОЙ

СТРУКТУРЫ.

3.1. Оптимизированный модельный потенциал Шоу

3.2. Параметры модельного потенциала.

3.3. Характеристическая функция зонной структуры

3.4. Эффективные массы.

3.5. Характеристическая функция зонной структуры для сплава.

Глава 1У. ВЫЧИСЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ ПАРНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ

МЕЖАТОМНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ.

4.1. Потенциалы межатомного взаимодействия

4.2. Влияние обменно-корреляционных эффектов на вид эффективного межатомного потенциала

Глава У. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ.

5.1. Полные потенциалы межатомного взаимодействия

5.2. Расчет фононных спектров

5.3. Расчет параметров ближнего порядка

ВЫВОДЫ.III

В настоящее время резко интенсифицируются работы по исследованию физических свойств кристаллов переходных металлов и их сплавов. Это связано с широким использованием переходных металлов и их сплавов в технике.

Актуальность проблемы. Требования техники диктуют необходимость развития теории твердого тела до такой степени, чтобы можно было предсказывать свойства металлических сплавов на основе переходных металлов, так как именно эти сплавы служат основой большинства конструкционных материалов.

Все важнейшие характеристики твердых тел определяются электронной структурой. Необходимо развивать теоретические методы исследования электронной структуры переходных металлов и сплавов на их основе. Это представляет собой актуальную задачу в связи с необходимостью создания материалов с заранее заданными свойствами.

Целью работы являлось получение эффективных парных потенциалов межатомного взаимодействия переходных металлов 3d - ряда и их сплавов и расчет на основе вычисленных потенциалов параметров ближнего порядка.

В диссертационной работе были поставлены и решались следующие задачи:

- выбор способа описания системы сильно локализованных резонансных состояний и взаимодействия между ними через систему делокализованных электронов;

- расчет параметров нелокального модельного потенциала для переходных металлов;

- разработка метода расчета характеристической функции зонной структуры;

- выбор способа учета обменно-корреляционных эффектов;

- выбор метода расчета эффективных парных потенциалов межатомного взаимодействия с учетом энергий парного резонансного взаимодействия между ионами;

- расчет параметров ближнего порядка.

Научная новизна. В работе получены новые научные результаты:

- рассчитаны параметры оптимизированного модельного потенциала Шоу для переходных металлов;

- впервые рассчитаны характеристические функции зонной структуры для переходных металлов и бинарных сплавов в нелокальной теории псевдопотенциала;

- получены эффективные парные потенциалы межатомного взаимодействия с учетом энергии взаимодействия ионов переходных металлов как резонансно-рассеивающих центров.

Практическая ценность. Рассчитанные парные потенциалы эффективного межатомного взаимодействия предназначены для расчета структур ближнего порядка, физико-химических и термодинамических свойств переходных металлов и их сплавов.

Разработанные методы и комплекс программ могут быть использованы в дальнейшем для изучения электронной структуры металлов и сплавов в рамках метода псевдопотенциала.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 120 страницах, включая 15 рисунков, 5 таблиц и 110 ссылок на работы советских и зарубежных авторов.

выводы

1. Разработанный метод расчета эффективных парных потенциалов межатомного взаимодействия с учетом косвенного резонансного взаимодействия между резонансно-рассеивающими центрами позволил рассчитать полные межатомные потенциалы для переходных металлов 3d- ряда.

2. Получены параметры оптимизированного модельного потенциала и рассчитана характеристическая функция зонной структуры в полной нелокальной теории псевдопотенциала для переходных металлов.

3. Проведен расчет фононных спектров переходных металлов и параметров ближнего порядка в сплаве Fe. на основе вычисленных межатомных потенциалов. Результаты расчета удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными.

- 112

1. Дж.Займан Вычисление блоховских функций.-М.,Мир,1973,160 с.

2. N.W.Ashcroft Electron-Ion-Pseudopotentials in Metals Phys. Rev., 1966, v.23, 48-50.

3. N.W.Ashcroft Electron-Ion-Pseudopotentials in the Alkali Metals Proc.Phys.Soc.Solid State Physics, 1968, v.1, 232-243.

4. Архипов P.Г., Касумов Б.М. Расчет анизотропии электросопротивления гексагональных металлов. Троицк, 1979, 25 с.

5. R.Evans The resistivity and thermopower of lequid mercury and its alloys. J.Phys.C: Solid State Phys. 1970, v.3, N 2, S137-S152.

6. В.Хейне, М.Коэн, Д.Уэйр Теория псевдопотенциала. М.,Мир, 1973, 558 с.

7. A.O.E.Animalu, V.Heine The Screened Model Potential for 25 Elements Phil.Mag., 1965, v.12, 1249-1269.

8. A.O.E.Animalu The total electronic band structure energy for 29 elements. Proc.R.Soc., 1966, A294, 376-391.

9. I.V.Abarenkov, V.Heine The Model Potential for Positive Ions -PhilMag., 1965, v.12, 529-537.

10. V.Heine, I.Abarenkov A new Method for the Electronic Structures of Metals. Phil.Mag., 1964, v.9, N 99, 451-465.

11. R.W.Shaw and W.A.Harrison Reformulation of the Screened Heine-Abarenkov Model Potential. Phys.Rev., 1967, v.163, N 3,604-611.

12. R.W.Shaw Optimum Form of Modified Heine-Abarenkov Model Potential for the Theory of Simple metals. Phys.Rev., 1968, 174, 769-781.

13. В.Ф.Ухов, Н.А.Ватолин, Б.Р.Гельчинский, В.П.Бескачко, О.А.Есин Межчастичное взаимодействие в жидких металлах. М., Наука, 1979, 195 с.

14. Ястребов Л.И., Кацнельсон А.А. Основы одноэлектронной теории твердого тела. М., Наука, 1981, 320 с.,ил.

15. Кацнельсон А.А., Ястребов Л.И. Псевдопотенциальная теория кристаллических структур. М., МГУ, 1981, 192 с.

16. Дутчак Я.И., Якибчук 11. Н., Жовтанецкий М.И. Нелокальный модельный потенциал и атомные свойства непереходных металлов.-Укр.физ.журнал, 1976, 21. tf I, 34 39.

17. R.W.Shaw Application of the optimized model potential to calculation of energy-wave-number characteristics for simple metals. J.Phys.C: Solid State Physics /2/, 1969, v.2,2335-2349.

18. R.W.Shaw and R.Pynn Optimized model potential: exchange and correlation correction and calculation of magnesium phonon spectrum. J.Phys.C: Solid State Physics, 1969, /2/, v.2, 2071-2088.

19. R.W.Shaw Effective masses and perturbation theory in the theory of simple metals.- J.Phys.C: Solid State Physics, /2/. 1969,v.2, 2350-2365.

20. R.W.Shaw Echange and correlation in the theory of simple metals. J.Phys.C: Solid State Physics, 1970, v.3, 1140-1158,

21. M.Hasegawa, M.I.Stott and W.H.Young Anisotropic Thermal expansion in the divalent HCP metals. J.Phys.F: Metal Phys. 1979, v.9, N 1, 1-20.

22. M.Appapillai and A.R.Williams The optimized model potential for thirty-three elements. J.Phys.F: Metal Phys., 1973, v.3, 759-771.

23. A.R.Williams and M.Appapillai Applications of the optimized model potential. J.Phys.F: Metal Phys., 1973, v.3, 772-780.

24. A.Reisaland and O.Ese The lattice dynamics of metals using the Shaw model potential. J.Phys., 1975, F 5, 110-120.

25. D.L.Price, K.S.gingwi, M.P.Tosi Lattice Dynamics of Alkali Metals in the Self-Consistent Screening Theory- Phys.Rev., 1970, B2, N 8, 2983-2999.

26. W.Shyu, J.H.Wehling, M.R.Cords, G.D.Gaspari Pseudopotential Form Factor and Interatomic Potential in Simple Metals, -Phys.Rev., 1971, В 4, N 6, 1802-1815.

27. R.W.Shaw Local Model Potential for Metals: Limitations and Applications. Phys.Rev.,1972, B5, N 12, 4742-4755.

28. R.S.Shaw, N.V.Smith Model-Potential Calculation of the Density of States in Liquid and Solid Lithium, Cadmium and Indium. -Phys.Rev., 1969, v.178, N 3, 985-997.

29. W.A.Harrison Electronic structure and the properties of metals. I Formulation Phys.Rev., 1963, v.129, N 6, 2503-2511.

30. W.A.Harrison Transition-Metall Pseudopotentials Phys.Rev., 1969, v.181, 1036-1053.

31. У.Харрисон Электронная структура и свойства твердых тел -М.,Мир, 1983, т.1, П, 381, 332 с.ил.

32. J.A.Moriarty Pseudo Green's Functions and the Pseudopotential Theory of d-Band Metals Phys.Rev., 1972, B 5, N 6, 2066-2081.

33. J.A.Moriarty Total Energy of Copper, Silvar and Gold Phys.Rev. 1972, B 6, N 4, 1239-1252.

34. O.P.Sharm A Pseudopotential Study of the Electronic Properties of Noble Metals Phys.Stat.Sol.,/Ь/, 1978, 86, 483-492.

35. O.P.Kulshrestha, H.C.Gupta, J.С.Upandhyaya Electronic properties of noble metals Physica, 1976, B 84, N 2, 236-242.

36. E.Borchi, S.D.E.Gennaro Electron-ion pseudopotentials in the noble metals Phys.Lett., 1970, 32A, N 5, 301-302.

37. A.0.E.Animalu Electronic Structure of Transition Metals. I. Quantum Defects and Model Potential Phys.Rev., 1973, B 8, N 8, 3542-3554.

38. A.O.E.Animalu Electronic Structure of Transition Metals. II. Phonon Spectrum Phys.Rev., 1973, В 8, N 8, 3555-3562.

39. A.O.E.Animalu Electronic structure of transition metals. III. d-band resonance and Regge-pole theory Phys.Rev., 1974, B 10, N 12, 4964-4972.

40. I.С.Upadhyaya, L,Dagens Phonon spectrum and crystal structure of Zn and Cd using the resonant model-potential approach -Phys.Rev., 1982, B 26, N 2, 743-752.

41. L.Dagens The density of single-particle states relative to singular resonant model potential J.Phys.C: Solid State Phys. 1975, v.8, L 581-584.

42. L.Dagens The resonant model potential: II. Total energy: Theory and application to copper, silver, gold and calcium- J.Phys.

43. F: Metal Phys., 1977, v.7, N 7, 1167-1191.

44. L.Dagens Calculation of Resonant Model Potential for Copper, Silver and Gold Phys.Stat.Solidi, 1977, B 84, 311-324.

45. L.Dagens The resonant model potential form-factor: general Theory and application to copper, silver and calcium, J.Phys. F: Metal Phys., 1976, v.6, N 10, 1801-1817.

46. J.С.Upadhyaya, L.Dagens Dispersion relations for noble metals in the resonant model potential J.Phys.F: Metal Phys., 1979, v.9, N 11, 2177-2184.

47. З.А.Гурский, Б.А.Гурский 0 новом формализме полностью орто-гонализованных плоских волнв теории псевдопотенциала Укр. физ.журнал, 1976, 21, № 10, 1603-1608.

48. М.И.Жовтанецкий, З.А.Гурский, Я.И.Дутчак, П.Н.Якибчук Метод модельного поевдопотенциала в теории переходных металлов. П -Металлофизика, 1983, 5,№ 3, 16-22.

49. З.А.Гурский, С.В.Сыротюк 0 классификации металлов в рамках теории псевдопотенциалов ФММ, 1981, 51, № 4, 710-716.

50. З.А.Гурский, Б.А.Гурский Полная энергия связи переходных металлов, Киев, 1979, 28 с.

51. Bardeen J. Phys.Rev., 1937, 52, 688.

52. Roger Taylor A simple useful analytical form of the static elecv tron gas dielectric function J.Phys.F: Metal Phys. 1978, v.8, N 8, 1699-1702.

53. У.Харрисон Псевдопотенциалы в теории металлов М., Мир, 1968, 368 с.

54. У.Харрисон Теория твердого тела М., Мир, 1972, 616 с.

55. Л.Анималу Квантовая теория кристаллических твердых тел М., Мир, 1981, 574с, ил.-57. A.O.E.Animalu Non-Local Dielectric Screening in Metals Phil. Mag., 1965, v.11, N 110, 379-388.

56. P.Vashishta, K.S.Singwi Electron Correlations at Metallic Densities.V.- Phys.Rev., 1972, B 6, N 3, 875-887.

57. D.I.W.Geldert and S.H.Vosko The screening function of an interacting electron gas Can.J.Phys., 1966, 44, 2137-2171.

58. K.S.Singwi, Tosi M.P., Land R.H., Sjolander A. Electronic correlation at metallic densities Phys.Rev., 1968, v.176, p. 589-602.

59. K.S.Singwi, A.Sjolander, M.P.Tosi, R.H.Land Electron correlation at Metallic Densities- Phys.Rev.,1970, B 1, N 3, 1044-1053.

60. F.Toigo, T.O.Woodruff Calculation of the Dielectric Function for a Degenerate Electron Gas with Interactions Phys.Rev., 1970, В 2, N 10, 3958-3967.

61. В.Д.Горобченко Новый подход к теории диэлектрической проницаемости системы взаимодействующих электронов- ЖЭТФ, 1979, т.77, вып.3(9), I197-1206.

62. B.J.Austin, V.Heine, L.J.Sham General Theory of Pseudopoten-tials Phys.Rev., 1962, v.127, N 1', 276-282.

63. I.Fridel On the band structure of transition metals J.Phys. F:Metal Phys. 1973, v.3, 785-794.

64. R.A.Deegan Alternative Transition-Metal Pseudopotential, -Phys.Rev., 1969, v.188, 1170-1172.

65. Дж.Каялуэй Теория энергетической зонной структуры- М.,Мир, 1969, 360 с.

66. Д-к.Тейлор Теория ресеяния М., Мир, 1975, 560 с.

67. М.Lax Localized Perturbations Phys.Rev., 1954, v.94, 13911392.

68. P.A.Wolf Localized Moments in Metals Phys.Rev., 1961, v. 1241030-1035.

69. G.F.Koster, J.C.Slater Simplified Impurity Calculations- Phys. Rev., 1954, v.96, 1208-1223.

70. С.Реймс Теория многоэлектронных систем М.,Мир, 1976.

71. Ю.С.Старк, С.Э.Балакир Непарные взаимодействия в металлических системах, Ивв.Вузов ЧМ, 1979, № 3, 77-79.

72. Ю.С.Старк, С.Э.Балакир Локальные магнитные моменты на примесях переходных металлов в ан и Си- Изв.Вузов ЧМ, 1979, № 7,

73. A.Williams Some comments on importance of third order contributions to the screening of the ionic potential and to the structural energy of metals J.Phys.F: Metal Phsy., 1973,3, 781-784.76