Електронні властивості кристалу цирконію з вакансіями та динаміка вакансій: ab-initio розрахунки та молекулярна динаміка

Abstract

Проведено дослідження структурних та електронних властивостей кристалу цирконію з вакансіями з перших принципів. Встановлено оптимальні значення параметрів ґратки. Розраховано густину станів та енергетичний спектр, що дозволило визначити поверхні Фермі для кристалу цирконію з вакансіями. В рамках методу молекулярної динаміки досліджено еволюцію ансамблю періодично розташованих поодиноких вакансій в кристалі цирконію при підвищенні температури. Проаналізовано реконструкцію атомної структури та зміну об’єму кристалу при підвищенні температури та встановлено залежності об’ємного коефіцієнту розширення від температури для чистого цирконію без вакансій та цирконію з різною концентрацією вакансій.

первых принципов. Установлены оптимальные значения параметров решетки. Рассчитаны плотности состояний и энергетический спектр, что позволило определить поверхности Ферми для кристалла циркония с вакансиями. В рамках метода молекулярной динамики исследована эволюция ансамбля периодически расположенных одиночных вакансий в кристалле циркония при повышении температуры. Проанализированы реконструкция атомной конфигурации и изменение объѐма кристалла при повышении температуры и установлены зависимости объѐмного коэффициента расширения от температуры для чистого циркония без вакансий и циркония с различной концентрацией вакансий.

Within this paper we have the studied structural and electronic properties of zirconium crystal with vacancies from the first principles. We have defined the optimal values for the lattice constants. The corresponding densities of states and energetic spectrum were calculated. These results gave a possibility to define the Fermi structure of the zirconium crystal with vacancies. In the framework of the molecular dynamics simulations we have studied the dynamics of the ensemble of periodically located vacancies in the zirconium crystal with an increase in temperature. We have analyzed the reconstruction of atomic structure and change in the total volume of the crystal with the temperature growth. The dependencies of the volume expansion coefficient for the pure zirconium without vacancies end zirconium crystal with different vacancies concentration on the temperature were studied.