ScF3 elektroniskās struktūras un režģa dinamikas kvantu ķīmiskie aprēķini

Abstract

Skandija fluorīds (ScF3) ir daudzsološs materiāls ar vienkāršu kubisko struktūru, kam piemīt negatīva termiskā izplešanās (NTE) plašā temperatūras intervālā. Šī darbā tiek pētīta ScF3 elektroniskā struktūra, režģa dinamika un fononu anharmonisms, izmantojot kvantu ķīmijas metodes (LCAO, HF‑DFT). Aprēķinos tika precīzi reproducēti režģa parametra un aizliegtās zonas platuma eksperimentālās vērtības. Aprēķinātais fononu DOS arī ir saskaņā ar eksperimentāliem datiem. Pirmo reizi paveikti ScF3 elektroniskās struktūras aprēķini (zonu struktūra, DOS, Malikena analīze). Šis pētījums paredz, ka Sc‑F saitei ir ievērojams kovalents raksturs, F 2p un Sc 3d stāvokļi ir hibridizēti. Atrasts, ka Sc atomam ir izdevīgi atrasties regulārā ScF6 oktaedra vidū. Briljuena zonas punktos Γ, X, M, R ir noteikti fononu Grīneizena parametri un pētīts fononu anharmonisms. Atrasts, ka pētītās modas ir harmoniskas izņemot mīkstas modas M un R punktos. Noteikts, ka mīksto modu Grīneizena parametru, kā arī anharmon

Scandium fluoride (ScF3) is a promising material with a simple cubic structure. ScF3 exhibits negative thermal expansion (NTE) over a wide range of temperatures. In the current work ScF3 electronic structure, lattice dynamics, and phonon anharmonicity were studied within the framework of quantum chemistry approaches (LCAO, HF-DFT). Calculated lattice constant and band gap are in excellent agreement with those experimentally observed. Electronic structure of ScF3 (band structure, DOS, Mulliken analysis) are calculated for the first time. This study predicts that Sc-F bond has considerable covalent nature, F 2p and Sc 3d states are hybridised. It has been found, that Sc position in the middle of regular ScF6 octahedron is stable. GrŅneisen parameters are calculated and phonon mode anharmonicity are studied in the Γ, X, M, R points of the Brillouin zone. It has been found that all modes investigated are harmonic except soft modes in R and M points. GrŅneisen parameters of soft modes and