การหาโครงสร้างผลึกที่เสถียรภายใต้ความดันจากผลการคำนวณด้วยวิธีแอบอินิโช

Finding stable phases of crystals under pressure from ab initio calculation

  • ประยูรศักดิ์ เปลื้องผล
Keywords: Phase transition, High pressure, Ab initio method, การเปลี่ยนสถานะ, ความดันสูง, วิธีแอบอินิโช

Abstract

          วิธีการคำนวณแบบแอบอินิโชเพื่อหาสมบัติทางกายภาพของของแข็งเป็นวิธีการหนึ่งที่นิยม ซึ่งได้รับการตีพิมพ์ในวารสารนานาชาติ วิธีดังกล่าวถูกใช้อย่างแพร่หลายในการศึกษาสมบัติทางกายภาพในระบบของแข็ง โดยเฉพาะการคำนวณหาพลังงานรวมและการศึกษาการเปลี่ยนเฟสของสารภายใต้ความดัน ในบทความนี้ทำการวิเคราะห์กระบวนการในการนำผลจากการคำนวณมาใช้เพื่อหาข้อสรุปเกี่ยวกับการเปลี่ยนโครงสร้าง ชุดข้อมูลของพลังงาน และปริมาตรในแต่ละโครงสร้างจะถูกเชื่อมโยงกันด้วยสมการสถานะของเบิร์ช-เมอร์นาแกน หลังจากที่สมการของสถานะในโครงสร้างที่เสถียรจะถูกนำมาเปรียบเทียบด้วยกฎเกณฑ์ทางเทอร์โมไดนามิกส์ ผลการคำนวณด้วยวิธีแอบอินิโชถูกนำมาเปรียบเทียบกับผลการทดลองและพบว่าวิธีการคำนวณแบบแอบอินิโชอธิบายลำดับการเปลี่ยนเฟสของสารตัวอย่างคือ คอปเปอร์อินเดียมไดซิลิไนด์ได้สอดคล้องกับผลการทดลอง

         Nowadays, ab initio calculation for finding the physical properties of solids is one of most popular methods published in several international journals. It bases on atomic theories or basic laws. It is widely used for studying the physical properties of a solid system, especially finding total energies and phase transitions under pressure. In this article, the methodology for finding phase transitions using the ab initio method is analyzed. The energy-volume data set in each structure is fitted by Birch-Murnaghan equation of state. After obtaining the equation of states, the stable phases are compared by using the laws of thermodynamics. The ab initio calculating results compared with the experimental results. It was found
that the ab initio method gives the order of phase transition in CuInSe2 same as from the experiment finding.

References

1. Hemley RJ, Ashcroft NW. The revealing role of pressure in the condensed matter sciences. Phys Today 1998;51:26-32.
2. Hohenberg P, Kohn W. Inhomogeneous electron gas. Phys Rev 1964;136:B864–71.
3. Kohn W, Sham LJ. Self-consistent equations including exchange and correlation effects. Phys Rev 1965;140:A1133–8.
4. Parr RG, Craig DP, Ross IG. Molecular orbital calculations of the lower excited electronic levels of benzene, configuration Interaction included. J Chem Phys 1950;18:1561–3.
5. Perdew JP, Burke K, Ernzerhof M. Generalized gradient approximation made simple. Phys Rev Lett 1996;77:3865–8.
6. Birch F. Finite elastic strain of cubic crystals. Phys Rev 1947;71:809–24.
7. Murnaghan FD. The compressibility of media under extreme pressures. Proc Nat Acad Sci USA 1944;30:244–7.
8. Pluengphon P, Bovornratanaraks T, Vannarat S, Yoodee K, Ruffolo D, Pinsook U. Ab initio calculation of high pressure phases and electronic properties of CuInSe2. Solid State Commun 2012;152:775-9.
9. Desgreniers S. High-density phases of ZnO: Structural and compressive parameters. Phys Rev B 1998;58:14102-5. 10. Zaoui A, Sekkal W. Pressure-induced softening of shear modes in wurtzite ZnO: A theoretical study. Phys Rev B 2002;66:174106.
11. Bovornratanaraks T, Saengsuwan V, Yoodee K, McMahon MI, Hejny C, Ruffolo D. High pressure orthorhombic structure of CuInSe2. J Phys: Condens Matter 2010;22:355801-4.
12. Weir ST, Vohra TK, Vanderborg CA, Ruoff AL. Structural phase transitions in GaAs to 108 GPa. Phys Rev B 1989;39:1280-7.
13. Durandurdu M, Drabold DA. Ab initio simulation of high-pressure phases of GaAs Phys Rev B 2002;66:045209.
14. Tinoco T, Polian A, Gómez D, Itié JP. Structural studies of CuInS2 and CuInSe2 under high pressure. Phys Stat Sol (b) 1996;198:433-8.
15. Xue HT, Tang FL, Lu WJ, Feng YD, Wang ZM, Wang Y. First-principles investigation of structural phase transitions and electronic properties of CuGaSe2 up to 100 GPa. Comput Mater Sci 2013;67:21-6.
16. Lee C, Gonze X. The pressure-induced ferroelastic phase transition of SiO2 stishovite. J Phys: Condens Matter 1995;7:3693-8.
17. Karki BB, Warren MC, Stixrude L, Ackland GJ, Crain J. Ab initio studies of high-pressure structural transformations in silica. Phys Rev B 1997;55:3465-71.
18. Pluengphon P, Bovornratanaraks T, Vannarat S, Pinsook U. The effects of Na on high pressure phases of CuIn0.5Ga0.5Se2 from Ab initio calculation. J Phys: Condens Matter 2012;24:095802-7.
Published
2017-06-22