О применимости потенциалов модели погруженного атома (ЕАМ) к жидким кремнию и германию

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Предложены потенциалы модели погруженного атома (ЕАМ – embedded atom model) для жидких кремния и германия. Потенциалы рассчитаны по дифракционным данным с помощью алгоритма Шоммерса и представлены в виде таблиц, а также в виде кусочно-непрерывных полиномов. Каждый парный вклад в потенциал имеет вид, близкий к жесткосферному со ступенькой вниз. Рассчитаны свойства жидких Si и Ge при температурах до 2000 К: плотность, энергия, модуль всестороннего сжатия, коэффициенты самодиффузии. Отмечено, что согласие с опытом хорошее. Установлено, что при обычных плотностях жидких Si и Ge направленность связи практически полностью исчезает после плавления. Предполагается, что направленность связи может появиться при нагревании и уменьшении плотности расплавов в 2–3 раза.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. К. Белащенко

Национальный исследовательский технологический университет МИСИС

Автор, ответственный за переписку.
Email: dkbel75@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Waseda Y. The Structure of Non-Crystalline Materials. Liquids and Amorphous Solids. N.Y.: McGraw-Hill, 1980.
  2. Funamori N., Tsuji K. // Phys. Rev. Lett. 2002. V. 88. P. 255508.
  3. Demchuk T., Bryk T., Seitsonen A.P. et al. // arXiv:2009.00834. https://doi.org/10.48550/arXiv.2009.00834
  4. Assael M.J., Armyra I.J., Brillo J. et al. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2012. V. 41. № 3. https://doi.org/10.1063/1.4729873
  5. Глазов В.М., Чижевская С.Н, Глаголева Н.Н. Жидкие полупроводники. М.: Наука, 1967.
  6. Гурвич Л.А., Вейц И.В., Медведев В.А. и др. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Т. 2. Кн.2. М.: Наука, 1979.
  7. Desai P.D. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1986. V. 15. № 3. P. 967.
  8. Текучев В.В. Акустические и физико-химические свойства электронных расплавов. Волгоград. 2016.
  9. Регель А.Р., Глазов В.М. Физические свойства электронных расплавов. М.: Наука, 1980.
  10. Weis H., Kargl F., Kolbe M. et al. // J. Phys.: Condens. Matter. 2019. V. 31. P. 455101.
  11. Luo Sheng-Nian, Ahrens T.J., Asimow P.D. // J. Geophys. Res. 2003. V. 108. № B9. P. 2421. https://doi.org/10.1029/2002JB002317.
  12. Oleynik I.I., Zybin S.V., Elert M.L., White C.T. // CP845 “Shock Compression in Condensed Matter”. Ed. M.D. Furnish et al. 2005. P. 413.
  13. Stillinger F.H., Weber T.A. // Phys. Rev. B. 1985. V. 31. P. 5262.
  14. Dziedzic J., Principi E., Rybicki J. // J. Non-Cryst. Solids. 2006. V. 352. P. 4232.
  15. Jadhav P.P., Dongale T.D., Vhatkar R.S. // AIP Conference Proceedings 2162, 020038 (2019). https://doi.org/10.1063/1.5130248
  16. Tersoff J. // Phys. Rev. B. 1988. V. 38. P. 9902; 1989. V. 39. P. 5566.
  17. Ishimaru M., Yoshida K., Motooka T. // Phys. Rev. B. 1996. V. 53. № 11. P. 7176.
  18. Cook S.J., Clancy P. // Phys. Rev. B. 1993. V. 47. P. 7686.
  19. Bazant M.Z., Kaxiras E. // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77. P. 4370.
  20. Luo J., Zhou Ch., Cheng Y., Liu L. // J. Crystal Growth. 2020. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2020.125785
  21. Štich I., Car R., Parrinello M. // Phys. Rev. B. 1991. V. 44. P. 4262.
  22. NIST. IPS Interatomic Potentials Repository: www.ctcms.nist.gov/potentials/refs.html
  23. Baskes M.I. // Phys. Rev. B. 1992. V. 46. P. 2727. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.46.2727
  24. Baskes M.I., Nelson J.S., Wright A.F. // Phys. Rev. B. Condens. Matter. 1989. V. 40. № 9. P. 6085. https://doi.org/10.1103/physrevb.40.6085
  25. Starikov S.V., Lopanitsyna N.Yu., Smirnova D.E., Makarov S.V. // Computational Materials Science. 2018. V. 142. P. 303.
  26. Starikov S., Gordeev I., Lysogorskiy Yu. et al. // Computational Materials Science. 2020. V. 184. P. 109891. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2020.109891
  27. Daw M.S., Baskes M.I. // Phys. Rev. B. 1984. V. 29. № 12. P. 6443.
  28. Schommers W. // Phys. Rev. A. 1983. V. 28. P. 3599.
  29. Belashchenko David K. Liquid Metals. From Atomistic Potentials to Properties, Shock Compression, Earth’s Core and Nanoclusters. NOVA Science Publushers. NY.
  30. Zhu Z.G., Liu C.S. // Phys. Rev. B. 2000. V. 61. № 14. P. 9322.
  31. Hayashi M., Yamada H., Nabeshima N., Nagata K. // Int. J. Thermophysics. 2007. V. 28. № 1. P. 83. https://doi.org/10.1007/s10765-007-0151-9
  32. Chelikowsky J.R., Troullier N., Binggeli N. // Phys. Rev. B. 1994. V. 49. P. 114.
  33. Yu W., Wang Z.Q., Stroud D. // Phys. Rev. B. 1996. V. 54. № 19. P. 13946.
  34. Белащенко Д.К // Журн. физ. химии. 2019. T. 93. № 6. C. 877.
  35. Speedy R.J. // Mol. Physics. 1987. V. 62. № 2. P. 509.
  36. Бeлaщeнкo Д.K. // Physics–uspekhi. 2013. V. 183. № 12. P. 1176.
  37. Alteholz Th., Hoyer W. // J. Non-Cryst. Solids. 1999. V. 250–252. P. 48.
  38. Petkov V., Takeda S., Waseda Y., Sugiyama K. // J. Non-Cryst. Solids. 1994. V. 168. P. 97.
  39. Sato Y., Nishizuka T., Tachikawa T. et al. // High Temperatures – High Pressures. 2000. V. 32. P. 253.
  40. Tsuchiya Y. // J. Phys. Soc. Japan. 1991. V. 60. № 1. P. 227.
  41. Masaki T., Itami T. // “Modeling and Precise Experiments of Diffusion Phenomena in Melts under Microgravity” Annual Reports. 2002, NASDA-TMR-030005E.
  42. Kato M., Minowa S. // Trans. Iron Steel Institute of Japan. 1969. V. 9. P. 39.
  43. Tsuji K., Mori T., Hattori T. et al. // 2000B0087-CD-np BL04B1.
  44. Kōga J., Okumura H., Nishio K. et al. // Phys. Rev. B. 2002. V. 66. P. 064211.
  45. Kishimura H., Matsumoto H., Thadhani N.N. // J. Physics: Conference Series. 2010. V. 215. Р. 012145. https://doi.org/10.1088/1742-6596/215/1/012145
  46. Ding K., Andersen H.C. // Phys. Rev. B. 1986. V. 34. № 10. P. 6987.
  47. Kim Eun Ha, Shin Young-Han, Lee Byeong-Joo // Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry. 2008. V. 32. P. 34.
  48. Zuo Y., Chen C., Li X. et al. // J. Phys. Chem. A. 2019. V. 124. № 4. P. 731. https://doi.org/10.1021/acs.jpca.9b08723
  49. Kresse G., Hafner J. // Phys. Rev. B. 1994. V. 49. № 20. P. 14251.
  50. Белащенко Д.К. // Кристаллография. 1998. Т. 43. № 3. С. 400.
  51. Kulkarni R.V., Aulbur W.G., Stroud D. // Phys. Rev. B. 1997. V. 55. P. 6896.
  52. Lucas L.D., Urbain G. // C. r. Acad. Sci. 1962. V. 255. № 19. P. 2414.
  53. Munejiri S., Shimojo F., Hoshino K., Itami T. // NASDA, Tsukuba 305–8505, Japan
  54. Hoshino K. // J. Phys.: Condens. Matter. 2009. V. 21. No 47. P. 474212. https://doi.org/10.1088/0953-8984/21/47/474212

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Парная корреляционная функция Si при 1773 К: 1 – дифракционные данные [1], 2 –модель с потенциалом ЕАМ.

Скачать (86KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Парный вклад в потенциал ЕАМ жидкого кремния. Алгоритм Шоммерса.

Скачать (63KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Частота появления КЧ Z в модели жидкого кремния при 1690 К. Радиус координационной сферы 3.05 Å: 1 – потенциал ЕАМ, 2–1800 K, метод ab initio [21].

Скачать (98KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Азимутальные углы θ в модели Si при 1733 К.

Скачать (123KB)
Метаданные
6. Рис. 5. ПКФ жидкого германия: 1 – дифракционные данные при 1253 К [1], 2 – модель с потенциалом ЕАМ. Невязка Rg = 0.020.

Скачать (108KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Парный вклад в потенциал ЕАМ германия, 1253 К.

Скачать (82KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Координационные числа модели германия при 1253 К. Радиус сферы ближайших соседей 3.6 Å.

Скачать (89KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Азимутальные углы в модели Ge при 1253 К: 1 – радиус сферы ближайших соседей 3.6 Å, 2 – радиус сферы 2.8 Å.

Скачать (146KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025