تعداد نشریات | 25 |
تعداد شمارهها | 932 |
تعداد مقالات | 7,652 |
تعداد مشاهده مقاله | 12,494,341 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,885,736 |
مقاله پژوهشی: مطالعۀ اثر دما و فشار بر روی ویژگیهای ترمودینامیکی ترکیب فسفید توریم | ||
فیزیک کاربردی ایران | ||
دوره 13، شماره 3 - شماره پیاپی 34، مهر 1402، صفحه 7-24 اصل مقاله (2.23 M) | ||
نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22051/ijap.2023.42680.1312 | ||
نویسندگان | ||
محمد حسین صحافی1؛ امید اخوان* 2 | ||
1پژوهشگر پسا دکتری، دانشکدۀ فیزیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران | ||
2دانشیار، دانشکدۀ فیزیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران | ||
چکیده | ||
در این مقاله، از نظریهی تابعی چگالی و محاسبات اصول اولیه جهت ارزیابی ویژگیهای ساختاری، دینامیکی و ترموفیزیکی فسفید توریم استفاده شده است. ویژگیهای ساختاری شامل ثابت شبکه (a0)، مدول حجمی (B0) و مشتق مرتبهی اول مدول حجمی (B0') میباشد که با استفاده از برازش معادله حالت درجه سوم بریچ – مورناگون محاسبه و با سایر دادههای تجربی مقایسه میشوند. این مقایسه نشان دهنده همخوانی رضایتبخش بین ثابت شبکهی محاسبه شده و تجربی است. دیاگرام پاشندگی فونونی با استفاده از رهیافت پاسخ خطی در امتداد نقاط پرتقارن محاسبه شده است. نتایج نشان دهنده نبود مدهای منفی در طیف فونونی و درنتیجه در تعادل بودن ساختار به صورت دینامیکی است. با مقایسهی بسامد نوری به دست آمده با داده تجربی ناشی از اندازهگیری غیرکشسان نوترون، همخوانی مناسبی ملاحظه شد. تحلیل نمودار چگالی حالتهای فونونی این ماده نشان دهنده وجود یک شکاف فونونی در فاصله 1-cm 115 تا 1-cm 262 است. ویژگیهای ترمودینامیکی شامل دمای دبای، آنتروپی ارتعاشی، مدول حجمی همدما، ظرفیت گرمایی همحجم، انبساط حرارتی و پارامتر گرونایزون با کمک روش شبههماهنگ دبای در فشار و دماهای بالا ارزیابی شدهاند. مشاهده شده است که دمای دبای این ماده با افزایش دما در یک فشار ثابت کاهش یافته و با افزایش فشار در یک دمای ثابت افزایش مییابد. کاهش پارامتر گرونایزون بر اثر اعمال فشار، تغییرات بسامدهای فونونی را با تغییرات حجم سلول واحد نشان میدهد. همچنین، افزایش پارامتر گرونایزون در اثر افزایش دما، میتواند نتیجه تغییر دینامیک شبکه باشد. | ||
کلیدواژهها | ||
پاشندگی فونونی؛ خواص ترمودینامیکی؛ نظریۀ تابعی چگالی؛ کوانتوم اسپرسو؛ سرامیک | ||
عنوان مقاله [English] | ||
Study of Temperature and Pressure Effect on Thermodynamic Properties of Thorium Phosphide Compound | ||
نویسندگان [English] | ||
Mohammad Hossein Sahafi1؛ Omid Akhavan2 | ||
1Postdoctoral Researcher, Department of Physics, Sharif University of Technology, Tehran, Iran | ||
2Associate Professor, Department of Physics, Sharif University of Technology, Tehran, Iran | ||
چکیده [English] | ||
In this paper, we use density functional theory and first-principles calculations to evaluate the structural, dynamic, and thermophysical properties of thorium phosphide. The structural properties including lattice constant (a0), bulk modulus (B0), and first-order derivative of bulk modulus (B0') are calculated by fitting the Brich-Murnaghan third-order equation of state and compared with other experimental data. This comparison shows a satisfactory agreement between the calculated and experimental lattice constants. The phonon dispersion diagram is calculated by the linear response approach along the high symmetry points. The results indicate the absence of negative modes in the phonon spectrum, which shows that the structure is dynamically stable. We observe a good agreement with the comparison of the obtained optical frequency with the experimental data from the inelastic neutron measurement. The analysis of the phonon density of the states diagram shows a phonon gap in the distance from 115 to 262 cm-1 for this material. Thermodynamic properties including Debye temperature, vibrational entropy, isothermal bulk modulus, isochoric heat capacity, thermal expansion, and Grüneisen parameter are evaluated by the quasi-harmonic Debye method at high pressures and temperatures. It is observed that the Debye temperature of thorium phosphide decreases with increasing temperature at a constant pressure and increases with increasing pressure at a constant temperature. The reduction of the Grüneisen parameter due to the application of pressure shows the changes in the phonon frequencies with the changes in the volume of the unit cell. Also, the increase of the Groningen parameter due to the increase in temperature can be the result of changing the dynamics of the network. | ||
کلیدواژهها [English] | ||
Phonon Dispersion, Thermodynamic Properties, Density Functional Theory, Quantum ESPRESSO, Ceramic | ||
مراجع | ||
[1] Siddique M., Iqbal A., Rahman A.U., Azam S., Zada Z. and Talat N., Mechanical and thermodynamic stability, structural, electronics and magnetic properties of new ternary thorium-phosphide silicides ThSixP1-x: First-principles investigation and prospects for clean nuclear energy applications, Nuclear Engineering and Technology, 53, 592-602, 2021. https://doi.org/10.1016/j.net.2020.07.019 [2] Wang H., Lan J.-Q., Hu C.-E., Chen X.-R. and Geng H.-Y., Electronic structure, elastic and thermal transport properties of thorium monocarbide based on first-principles study, Journal of Nuclear Materials, 524, 141-148, 2019. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2019.06.032 [3] Siddique M., Rahman A.U., Iqbal A., Haq B.U., Azam S., Nadeem A. and Qayyum A., A Systematic First-Principles Investigation of Structural, Electronic, Magnetic, and Thermoelectric Properties of Thorium Monopnictides Th Pn (Pn= N, P, As): A Comparative Analysis of Theoretical Predictions of LDA, PBEsol, PBE-GGA, WC-GGA, and LDA+ U Methods, International Journal of Thermophysics, 40, 1-21, 2019. https://doi.org/10.1007/s10765-019-2572-7 [4] Malakkal L., Prasad A., Jossou E., Ranasinghe J., Szpunar B., Bichler L. and Szpunar J., Thermal conductivity of bulk and porous ThO2: Atomistic and experimental study, Journal of Alloys and Compounds, 798, 507-516, 2019. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.05.274 [5] Aid A., Khenata R., Bouhemadou A., Seddik T. and Reshak A.H.,6 High pressure structural (B1-B2) phase transition and elastic properties of thorium chalcogenides and pnictides, Adv. Condens. Matter Phys., 2009. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2007.05.009 [6] Kanchana V., Vaitheeswaran G., Svane A., Heathman S., Gerward L. and Staun Olsen J., High-pressure study of binary thorium compounds from first principles theory and comparisons with experiment, Acta Crystallographica Section B: Structural Science, Crystal Engineering and Materials, 70, 459-468, 2014. https://doi.org/10.1107/S2052520614010063 [7] Kapoor S., Yaduvanshi N. and Singh S., Study of phase transformation and elastic properties of ThX (X= N, P, As and Sb) under high-pressure, Molecular Physics, 114, 3589-3597, 2016. https://doi.org/10.1080/00268976.2016.1250964 [8] Han C., Sun Q., Li Z. and Dou S.X., Thermoelectric enhancement of different kinds of metal chalcogenides, Advanced Energy Materials,6,1600498 (2016). https://doi.org/10.1002/aenm.201600498 [9] Gerward L., Staun Olsen J., Benedict U., Itié J.-P. and Spirlet J., The crystal structure and the equation of state of thorium nitride for pressures up to 47 GPa, Journal of applied crystallography, 18, 339-341, 1985. https://doi.org/10.1107/S0021889885010421 [10] Jamieson J.C., Lawson A. and Nachtrieb N., New Device for Obtaining X‐Ray Diffraction Patterns from Substances Exposed to High Pressure,Review of Scientific instruments,30,1016-1019 (1959). https://doi.org/10.1063/1.1716408 [11] Kholiya K. and Gupta B., Structural phase transition and elastic properties of thorium pnictides at high pressure, Pramana, 68, 649-654, 2007. https://doi.org/10.1007/s12043-007-0066-9 [12] Shein I. and Ivanovskii A., Thorium compounds with non-metals: Electronic structure, chemical bond, and physicochemical properties, Journal of Structural Chemistry, 49, 348-370, 2008. https://doi.org/10.1007/s10947-008-0134-0 [13] Wedgwood F., Actinide chalcogenides and pnictides. III. Optical-phonon frequency determination in UX and ThX compounds by neutron scattering, Journal of Physics C: Solid State Physics, 7, 3203, 1974. https://doi.org/10.1088/0022-3719/7/18/006 [14] Huang W. and Chen H., Investigation of the elastic, hardness, and thermodynamic properties of actinide oxides, Physica B: Condensed Matter, 449, 133-137, 2014. https://doi.org/10.1016/j.physb.2014.05.024 [15] Perdew J.P., Burke K. and Ernzerhof M., Generalized gradient approximation made simple, Physical review letters, 77, 3865, 1996. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865 [16] Giannozzi P., Baroni S., Bonini N., Calandra M., Car R., Cavazzoni C., Ceresoli D., Chiarotti G.L., Cococcioni M. and Dabo I., QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials, Journal of physics: Condensed matter, 21, 395502, 2009. https://doi.org/10.1088/0953-8984/21/39/395502 [17] Pack J.D. and Monkhorst H.J.," Special points for Brillouin-zone integrations"—a reply, Physical Review B, 16, 1748 (1977). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.16.1748 [18] Kulik H.J., Cococcioni M., Scherlis D.A. and Marzari N., Density functional theory in transition-metal chemistry: A self-consistent Hubbard U approach, Physical Review Letters, 97, 103001, 2006. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.97.103001 [19] Otero-de-la-Roza A., Abbasi-Pérez D. and Luaña V., Gibbs2: A new version of the quasiharmonic model code. II. Models for solid-state thermodynamics, features and implementation, Computer Physics Communications, 182, 2232-2248, 2011. https://doi.org/10.1016/j.cpc.2011.05.009 [20] Sahafi M. and Mahdavi M., First principles study on phonon dispersion, mechanical and thermodynamic properties of ThP, Materials Today Communications, 26, 101951, 2021. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.101951 [21] Sahafi M. and Mahdavi M., Ab initio investigations on lattice dynamics and thermal characteristics of ThO2 using Debye–Einstein model, Bulletin of Materials Science, 4, 9-4,1, 2021. https://doi.org/10.1007/s12034-021-02370-0 [22] Bhat T.M., Nabi M. and Gupta D.C., Structural, elastic, thermodynamic and thermoelectric properties of Fe2TiSn Heusler alloy: high pressure study, Results in Physics, 12, 15-20, 2019. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2018.11.041 | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 747 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 662 |