二氧化锔的结构、电子和热力学性质的第一性原理研究

发布时间：2024-02-15 09:27

　　由于能源短缺,核能的开发对缓解能源短缺和保护环境有重要的意义。锕系元素及其化合物在核能应用中引起了人们的注意,其中二氧化锔(CmO₂)在核燃料循环中扮演着重要的角色。基于密度泛函理论的第一性原理计算方法是现在研究材料物性比较热门且成熟了的方法之一,本文用此方法研究了CmO₂的基态性质。主要工作如下:通过局域密度近似(LDA)+U和广义梯度近似(GGA)+U的方法对立方结构CmO₂的基态结构、电子特性、力学性质和热力学性质分别进行了系统研究。首先通过计算不同库仑排斥能(U)下的铁磁(FM)态和反铁磁(AFM)态的总能量,得出FM态更稳定。其次对电子态密度和能带的计算,预测了FM态具有半金属的特征,AFM态是电荷转移半导体。由计算的弹性常数和声子谱得出CmO₂的FM态和AFM态具有力学和动力学稳定性。然后根据声子态密度,用准谐近似计算了CmO₂的FM态和AFM态的吉布斯自由能、热膨胀系数、熵、定容和定压比热,并且与实验值进行了对比。温度范围为300-650 K时,我们计算的定压比热...

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【部分图文】：

图1.1Cm元素的发明者和实验仪器

目前为止，Cm具有多个同位素，其范围素（242Cm、244Cm和248Cm）可能有足够多的样的宏观性质是复杂的，248Cm比普通的同位素（图1.1Cm元素的发明者和实验仪器

图3.1萤石型CmO2的晶胞，大原子代表Cm原子，小原子代表O原子

3.3计算结果3.3.1基态结构如图3.1所示，在室温和零压条件下，CmO2为CaF2型晶体结构，空间群为Fm3m（NO.225）[4,76]。它的立方晶胞由四个单位原胞组成，Cm原子和O原子的Wyckoff坐标分别是：4a（0,0,0），8c（0.25,0.25,....

图3.2单位原胞FM态和AFM态的总能随U值的变化

我们把优化的晶格常数（0a）和体积弹性模量（B比。对于0a，用传统的LDA方法低估了实验值，图3.2单位原胞FM态和AFM态的总能随U值的变化

图3.3随U值变化的FM态和AFM态（a）晶格常数和（b）体模

假设Cm在+4价态中，5f6是主要配置，根据第三洪特定律，从单粒子图像知可以忽略总动量J。由于各种因素的影响，其主要包括晶体场分裂、共价/杂化效应图3.3随U值变化的FM态和AFM态（a）晶格常数和（b）体模。

本文编号：3899535