Hình 3.37. Cấu trúc tính thể của Ni
Ni có cấu trúc lập phương tâm mặt (FCC) với các thông số mạng a = b
= c = 3.524Ả với gúc cỏ tớnh đối xứng: a = ò = Y - 90°. ễ mạng cơ sở cũng được định nghĩa từ các vị trí gần nhất ừong ô mạng thông thường với các vec tơ cơ sở ai = a2 = аз = 2.88585 Ả và gúc giữa cỏc vộc tơ là а = ò = Y - 60°.
3.5.2. Tối ưu hóa cấu trác tình thể N i
Bước đầu chúng tôi CASTEP để tối ưa hóa cấu trúc tinh thể của Ni với năng lượng cắt là 270 eV. Sau đó tính toán phổ phonon và mật độ trạng thái phonon theo tần số, sử dụng hàm LDA (Low densisty approximation) để tính toán, với sự lựa chọn spin ban đầu bằng 2. Kết quả tối ưu hóa ta thu được năng lượng của hệ là -1.34861959xl03eV. Năng lượng trên mỗi nguyên tử bằng 7.53111807xl0'9 eV/nguyên tử và mức Fermi là 0.4489 eV.
3.5.3, Tỉnh phổphonon và một sổ tính chất cửa N i
Kết quả tính toán cho phổ phonon và mật độ phonon được trình bày trên hình 3.38 và hình 3.39.
S from A ndrei Daĩ с о н о H ll3 J. Ftars. Condcrsí. Mafien ?s L-WOi
Hình 3.38. Phổphonon của Nỉ tỉnh toán bằng CASTEP(a) và xác định bằng thực nghiệm(b)
Tần số (Cm'1)
Hình 3.39. Mật độ trạng thái phonon theo tần số của Ni
Từ hình 3.39 dễ dàng thấy rằng, mật độ của phonon luôn bằng 0 tại các giá trị tần số trong khoảng: -150 < / < -75 cm'1 và khoảng 75< / < 150 cm'
\ Trong khoảng -75 < / < 75 thì mật độ luôn biến thiên và đạt giá tn cực đại khi / ô-50 cm'1, cấu trỳc điện tử ở cỏc pha từ a và ò cũng đó thu được và biểu diễn ở hình 3.40. Mật độ trạng thái điện tử theo năng lượng cũng được biểu diễn ở hình 3.41:
Hình 3.40. Cẩu trúc điện tử của các pha từ của Ni
Hình 3.40 cho ta biết dải cấu trúc điện tử tính toán bằng CASTEP với năng lượng cắt 270eV. Từ hình 3.41 có thể tính được mật độ trạng thái ở mức Fecmi.
M ật độ trạng thái (electron/eV)
Hình 3.41. Mật độ trạng thải theo năng lượng tỉnh toán theo CASTEP
3.6. Tính toán phể phonon và mật độ trạng tháỉ phonon của Fe2Ơ3
3.6.1. Cấu trức tính thể Fe203
Hình 3.42. Cấu trúc tinh thể của Fe2Ũ3
(Trong đỏ các nguyên tử sắt màu xám còn các nguyên tử ôxy màu đỏ) Tinh thể gồm phân mạng lục giác xếp chặt của các ion oxi và ion Fe+3. Khoảng cách giữa hai lớp oxi xếp chặt bằng 2.16Ả. Ô mạng nguyên tố của БегОз thuộc hệ mặt thoi, chiều dài cạnh bằng 5.12Â, góc nhọn giữa các cạnh bằng 5° 17’. Ô mạng nguyên tố có 4 ion sắt và 6 ion oxi. Thông số mạng cơ sở của ĨQ2O3 là:
+ Hằng số mạng: a = b = 5.035Ả và с = 13.72Â + Gúc giữa cỏc vectơ cơ sở là: a =ò = 90° và у = 120°
3.6.2. Toi im hóa cấu trúc của tính thể Fe203
Quá trình tối ưu hóa cấu trủc của tinh thể БегОз được biểu diễn ở hình 3.43
Bước tối ưu hóa
Hình 3.43. Tổi ưu hóa năng lượng của CASTEP trên các nguyên tử
Trên hình 3.43, Ta thấy sự hội tụ thay đổi dần qua từng bước lặp và dần ổn định ở giá trị logE = -5.65 eV/nguyên tử.
Bước tối ưu hóa
Hình 3.44. Tối ưu hóa năng lượng của CASTEP hệ cho tình thể Fe2C>3. Ta tính toán được sự thay đổi năng lượng theo CASTEP như hình 3.44 Với thông số đầu vào: Năng lượng cắt: 300 eV. Dễ nhận thấy sự thay đổi lớn của năng lượng qua từng bước lặp và dần đạt giá trị ổn định vào khoảng từ - 6065eV đến -6060 eV. Nguyên tử oxi hội tu trong 24 bước lặp với năng lượng tổng cộng là -428.3332 eV. Nguyên tử Fe hội tụ ừong 33 bước lặp với năng lượng tổng công là -849.5464 eV.
3.6.3. Tỉnh toán phổphonon và một số tính chất của Fe203
Qua tính toán chúng tôi thu được Phổ phonon và mật độ trạng thái phonon theo tần số của Fe20 3 và chúng được biểu diễn trong hình 3.43 và hình 3.44
Hình 3.45. Phổphonon của Fe2 0 3 tính bằng CASTEP
Hình 3.45 giúp ta quan sát được độ phân tán của phonon theo CASTEP: Độ phân tán phonon thay đổi theo tần số và dần ổn định khi tần số trong khoảng 600 đến 650 cm'1.
Từ hình 3.46, dễ dàng thấy rằng: Trong các khoảng tần số từ 0 < / <
150 cm'1 và 640 < /< 700 cm'1 mật độ vùng luôn có giá trị bằng 0. Trong khoảng 150 < /< 640cm'1 thì mật độ luôn thay đổi với giá trị cực đại gần đạt bằng 0,006 1/cm'1 tại 300 < /< 340 cm'1, giá trị cực tiểu bằng 0 tại/ = 450cm'\
Tần số (Cm"1)
Hình 3.46. Mật độ trạng tháiphonon theo tần sổ của Fe2Ơ3.
KẾT LUÂN•
Sau một thời gian nghiên cứu cấu trúc tính thể của các đối tượng nghiên cứu, chọn các thông số đàu vào phù họp, sử dụng phần mền CASTEP chúng tôi đã đạt được một số kết quả sau:
- Tối ưu hóa được các cấu trúc tính thể GaAs, AlGaAs, vật liệu đa lớp AIGaAs /GaAs/ AlGaAs, hạt nano carbon, Ni và Fe20 3 từ các thông số đầu vào. Việc tối ưu hóa có thể xác định lại các thông số tinh thể của mạng chính xác hơn. Đây cũng là cơ sở cho việc tính toán các tính chất khác của các vật liệu.
- Tính toán được cấu trúc điện tử và mật độ trạng thái theo năng lượng của các chất bán dẫn GaAs, AlGaAs, vật liệu đa lớp AlGaAs /GaAs/ AlGaAs, hạt nano carbon. Từ các cấu trúc này đã dự đoán được một số tính chất điện như: độ rộng vùng cấm, mật độ ừạng thái ừên mức Fermi và dự đoán một số tính chất quang của chúng như: phổ hấp thụ, hàm điện môi, độ dẫn và hệ số suy giảm...
- Tính toán được phổ phonon và mật độ trạng thái theo tần số của Ni, Fe203 các phổ này phù hợp tương đối tốt với các kế quả thực nghiệm, cấu trúc điện tử của các pha từ cũng đã được tính toán.
- Các kết quả trên được thực hiện trên máy tính cá nhân PC, nên số lượng nguyên tử trong các mô hình còn tương đối nhỏ (thường chỉ tính trên một ô mạng thông thường). Điều này làm cho kết quả có thể còn chưa phù họfp tốt với các giá trị thực nghiệm. Hạn chế này có thể khắc phục được nếu chạy chương trình trên các siêu máy tính (work station).