Реферат по предмету "Математика"


Расчет поверхностной энергии металлов в рамках моделиобобщенного псевдопотенциала Хейне-Абаренкова

Расчет поверхностной энергии металлов в рамках
моделиобобщенного псевдопотенциала Хейне-Абаренкова

М.В. Мамонова, Р.В. Потерин, В.В. Прудников, Омский
государственный университет, кафедра теоретической физики

В
последнее время интенсивно развиваются методы аналитического описания
поверхностных свойств твердых тел, основанные на определении энергетического
состояния поверхности с привлечением методов квантовой механики. При описании
поверхностных явлений в металлах особенно эффективно применяется метод
функционала электронной плотности [1,2]. В предлагаемой работе в рамках метода
функционала плотности проведен расчет поверхностной энергии для ряда металлов.
Исследованы влияния различных приближений, учитывающих дискретность
кристаллической структуры и неоднородность электронного газа в поверхностном
слое металлов. Для расчета влияния электрон-ионного взаимодействия на величину
поверхностной энергии металлов впервые был использован обобщенный
псевдопотенциал Хейне-Абаренкова. Проведен сравнительный анализ результатов,
полученных с его использованием, с результатами, полученными с привлечением
иных моделей, в частности псевдопотенциала Ашкрофта.

Рассмотрим
полуограниченный металл, граничащий с вакуумом. При расчете поверхностных
свойств определяющей является функция распределения электронной плотности n(z)
вблизи поверхности. Она должна удовлетворять требованию экспоненциального
затухания вне металла и стремиться к объемному значению электронной плотности
внутри металла. Распределение электронной плотности n(z) находится как функция,
обеспечивающая минимум функционала полной энергии неоднородной системы.
Представим функционал полной энергии в виде градиентного разложения :










(1)






 

где











(2)






 

есть
плотность энергии однородного электронного газа в атомных единицах, включающая
последовательно электростатическую, кинетическую, обменную и корреляционную
энергии, а










(3)






 

где




- фермиевский
волновой вектор.   являются
соответственно градиентными поправками второго порядка на неоднородность
электронного газа для кинетической энергии в приближении Вейцзекера-Киржница и
обменно-корреляционной энергии в приближении Вашишты-Сингви (VS) [3].

В
качестве пробных функций для потенциала и электронной
плотности n(z) были выбраны решения линеаризованного уравнения Томаса-Ферми:










(4)






 

где
n0 - объемная электронная плотность,  - ступенчатая функция.

В
дальнейшем параметр считался
вариационным, определяемым при минимизации функционала энергии (1). С
физической точки зрения величина представляет
собой характерную толщину поверхностного слоя, на котором резко меняется
электронная плотность.

Поверхностную
энергию металла представим в виде следующей суммы :










(5)






 

где
- вклад от
электронной системы в рамках модели "желе", когда заряд положительных
ионов в металле считается равномерно и непрерывно размазанным по всему объему; возникает от
электростатического взаимодействия ионов между собой;  - связан с разностью в электростатическом
взаимодействии электронов с дискретными ионами и с однородным фоном
"желе". Для можно
воспользоваться аналитическим выражением работы [5]:










(6)






 

где
Z - валентность ионов; с - расстояние между ближайшими соседями в плоскости
параллельной поверхности; d - межплоскостное расстояние.

Для
вычисления поправки на электрон-ионное взаимодействие воспользуемся широко
применяемым в физике металлов обобщенным псевдопотенциалом Хейне-Абаренкова.
Явный вид данного псевдопотенциала можно записать следующим образом:










(7)






 

Псевдопотенциал
Хейне-Абаренкова переходит в выражение для другого широко используемого
псевдопотенциала Ашкрофта при V0=0. Для получения нами была
использована методика, развитая в работе [6], согласно которой










(8)






 

где
имеет смысл среднего
по плоскостям от суммы ионных псевдопотенциалов за вычетом потенциала
полубесконечного однородного фона заряда. Нами было получено для при
-d










(9)






 

Проводя
суммирование по ионным плоскостям с z=-(i+d/2), i=1,2,... и воспользовавшись
периодичностью потенциала , из (8)
получим










(10)






 

Проводя
численное интегрирование и минимизацию полной поверхностной энергии (5),
определяем параметр , а затем и
само значение . В настоящей
работе для определения параметров псевдопотенциала Хейне-Абаренкова
использовалось условие минимума объемной энергии металла при наблюдаемом
равновесном атомном объеме В соответствии
с приближением локальной плотности объемная энергия металла выражалась через
параметр плотности rs :










(11)






 

Минимизация
данного соотношения по rs приводит к выражению, связывающему V0 и Rm :










(12)






 

В
результате возникает проблема определения второго параметра потенциала (7).
Обычно его определяют по сопоставлению расчетов, проведенных с использованием
данного псевдопотенциала, с какими-либо эмпирическими характеристиками. В
данной работе в качестве такой

Таблица
1






Металл





Z





n0,





d,





c,





rc,











Rm,





V0,













 





 





ат.ед.





ат.ед.





ат.ед.





ат.ед.





эрг/см2





ат.ед.





ат.ед.





эрг/см2







Na (ОЦК)





1





0.0038





5.71





6.99





1.736





265





1.800





0.529





280







Pb (ГЦК)





4





0.0194





5.38





6.59





1.457





1064





1.355





0.172





560







Al (ГЦК)





3





0.0269





4.92





5.25





0.960





1269





1.150





0.100





1140







Cu (ГЦК)





2





0.0252





3.92





4.80





0.923





898





1.350





0.588





1750







Fe (ОЦК)





4





0.0504





4.84





4.70





0.945





631





1.090





0.343





1910







Cr (ОЦК)





4





0.0492





3.85





4.72





0.956





649





1.120





0.364





2060







Mo (ОЦК)





6





0.0570





4.21





5.16





1.094





887





1.210





0.227





2200






экспериментальной
характеристики была использована величина поверхностной энергии. В таблице  1 приведены значения параметров,
использованные для расчета поверхностной энергии металлов, и рассчитанные
значения параметров псевдопотенциала Хейне-Абаренкова для ряда простых и
переходных металлов, дающие в соответствии с развитой методикой значения
поверхностной энергии, наиболее хорошо согласующиеся с экспериментальными. Следует
заметить, что для определения параметра обрезания rc псевдопотенциала Ашкрофта
достаточно использования условия минимальности объемной энергии металла.
Получающиеся при этом значения параметра обрезания rc и соответствующие
значения поверхностной энергии также приведены в табл. 1. Проведенные нами
расчеты поверхностной энергии металлов с использованием псевдопотенциала
Ашкрофта и различного типа обменно-корреляционных поправок на неоднородность
электронного газа [7] показали, что ни одна из поправок не является
универсальной, а модель псевдопотенциала Ашкрофта неприменима для описания
поверхностных характеристик благородных и переходных металлов,так как дает для
них чересчур заниженные значения. Модель, использующая псевдопотенциал
Хейне-Абаренкова, позволяет решить эту проблему. Отсутствие универсальных
обменно-корреляционных поправок для металлов в рамках модели псевдопотенциала
Ашкрофта [], приводит к значительным трудностям при расчетах адгезионных
характеристик. Применение псевдопотенциала Хейне-Абаренкова с единой
обменно-корреляционной поправкой в приближении Вашишты-Сингви позволяет
избежать данных трудностей и позволяет применять данную модель для расчета
адгезионных свойств как простых, так и переходных металлов.
Список литературы

Партенский
М.Б. Самосогласованная электронная теория металлической поверхности // УФН.
1979. 128. Вып.1. С.69-106.

Ухов
В.Ф., Кобелева Р.М., Дедков Г.В., Темроков А.И. Электронностатистическая теория
металлов и ионных кристаллов. М.:Наука, 1982.

Vashishta P., Singwi K.S. Electron
correlations at metallic densities. // Phys.Rev., 1972. B6. N3. P.875-887.

Ferrante J., Smith J.R. A theory of
adhesional bimetallic interface overlap effects. // Surface Science. 1973. 38.
N1. P.77-92.

Кобелева
Р.М., Гельчинский Б.Р., Ухов В.Ф. К расчету поверхностной энергии металлов в
модели дискретного положительного заряда // ФММ. 1978. 48. N1. С.25-32.

Вакилов
А.Н., Прудников В.В., Прудникова М.В. Расчет решеточной релаксации
металлических поверхностей с учетом влияния градиентных поправок на
неоднородность электронной системы // ФММ. 1993. 76. N6. С.38-48.

Вакилов
А.Н., Потерин Р.В. Прудников В.В., Прудникова М.В. Расчет адгезионных
характеристик металлов и их расплавов. // ФММ, 1995, 79, N4, с.13-22.

Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.omsu.omskreg.ru/


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Функции государства: понятие, классификация и содержание
Реферат Холодильное и вентиляционное оборудование
Реферат Туризм и национальные парки России
Реферат Личность преступника Понятие и
Реферат А. М. А. Н. Колмогоров глазами человека моего поколения
Реферат Актуальность проблемы развития познавательного интереса
Реферат Амортизационная политика предприятия (на предприятии ОАО «Пивоваренное Объединение Красный Восток – Солодовпиво»)
Реферат Показатели трудоемкости и производительности труда
Реферат Роль стандартов аудиторской деятельности в обеспечении качества аудита
Реферат James Cameron Essay Research Paper James Cameron
Реферат Единая и единственная
Реферат МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОХОЖДЕНИЮ ПРЕДДИПЛОМНОЙ ПРАКТИКИ
Реферат Понятие признаки и правоспособность юридического лица Лицензирование деятельности
Реферат Инфляция и учет ее влияния в процессе принятия финансовых решений
Реферат Представление К. Роджерса о самоактуализации