Obliczenia ab initio metodą FP-LAPW w inżynierii Materiałowe

• Autorzy: Koleżyński A.

Warianty tytułu

EN

Full potential ab initio calculations in materials science. Bibding energy and equation of state in BaTiO, crystal

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem prezentowanej pracy było pokazanie możliwości wykorzystania obliczeń ab initio, przeprowadzanych przy pomocy dostępnych obecnie komputerów osobistych klasy PC, do analizy własności typowych, powszechnie stosowanych materiałów. Na przykładzie kryształu BaTiO3 o strukturze kubicznej i programu WIEN97 wykorzystującego przybliżenie zlinearyzowanych stowarzyszonych fal płaskich, z pełnym potencjałem krystalicznym (Full Potential Linearized Augmented Plane Wave Method), pokazano metodę optymalnego doboru parametrów obliczeniowych i przeprowadzono przykładowe obliczenia. Dla trzech różnych potencjałów wymiany - korelacji, obliczono energię całkowitą kryształu, energię wiązania, parametry równania stanu i moduł sprężystości objętościowej. Wyniki porównano z danymi eksperymentalnymi i wartościami ab initio, uzyskanymi innymi metodami. Pokazano dużą zgodność zarówno z danymi eksperymentalnymi, jak i wynikami obliczeń kwantowych. Ponieważ metoda FP-LAPW jest uznawana za jedną z najbardziej precyzyjnych metod umożliwiających obliczanie struktury pasmowej i cechuje ją brak założeń co do kształtu potencjału krystalicznego, wyniki otrzymane za pomocą programu WIEN97 umożliwiają prowadzenie szczegółowej analizy wielu fizykochemicznych własności krystalicznych ciał stałych (rodzaje i własności wiązań chemicznych, przepływ ładunku, mapy gęstości elektronowej, gradient pola elektrycznego, tensor polaryzacji, krzywe dyspersji, gęstości stanów itd.). Zastosowanie programu WIEN97 do szczegółowej analizy ferroelektrycznego przejścia fazowego w krysztale tytanianu baru, zarówno z punktu widzenia gęstości elektronowej jak też struktury pasmowej, z uwzględnieniem stabilności wyników obliczeń, zostanie przedstawione szerzej w odrębnej publikacji (Koleżyński, 2004).

EN

In this paper, the overview and practical aspects of ab initio calculations using WIEN97 FP-LAPW package are presented. A step by step process of parameters setting and refinement is described in details. The results of the calculations for cubic barium titanate crystal structure, for three different exchange-correlation potentials (CA-LDA, PW-GGA and PBE-GGA) are presented. The obtained binding energy and equilibrium cell parameters from Murnaghan equation of state are compared to experimental and literature data (ab initio calculations results by means of other - DFT and HF methods). The obtained results show good agreement with both experimental and ab initio data

Słowa kluczowe

PL

ab initio; metoda FP-LAPW; inżynieria materiałowa; energia wiązania; równanie stanu; kryształ BaTiO3; program WIEN97

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe AKAPIT
• Czasopismo: Informatyka w Technologii Materiałów
• Rocznik: 2004
• Tom: T. 4, Nr 1-2
• Strony: 48--55
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys.

Twórcy

autor

Koleżyński A.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Bibliografia

• Andersen O.K., 1973, Solid State Comm., 13, 133.
• Andersen O.K., 1983, Linear methods in band theory. Phys. Rev., B12, 3060.
• Baerends E. J., Ellis D. E., Ros P., 1973, Chem. Phys., 2, 41. Birch F., 1978, J. Geophys. Res., 83, 1257.
• Blaha P., Schwarz K. Luitz J., 1999, WIEN97, A full Potential Linearized Augmented Plane Wave Package for Calculating Crystal Properties (Karlheinz Schwarz, Techn. Universität Wien, Austria), 1SBN3-9501031-0-4.
• Cohen M. L. Heine V.. 1970, Solid State Physics, 24, 37. Dreizier R.M., Gross E.K.U. 1990, Density Functional Theory, Springer Verlag.
• Fock V., Z. Phys., 1930, 61, 126 (1930) and ibid. 62, 795. Hamann D.R., 1979, Phys. Rev. Lett., 42, 662.
• Hartree D. R., 1928, Proc. Camb. Phil. Soc., 24, 89.
• Hohenberg P., Kohn W., 1964, Phys. Rev., 136B, 864-871.
• Kohn W., Sham L. S., 1965, Phys. Rev., 140, Al 133-1138. Loucks T.L., 1967, Augmented Plane Wave Method, Benjamin, NewYork.
• Moruzzi V. L., Janak J. F., Williams A. R., 1978, Calculated Electronic Properties of Metals, Pergamon Press, NY. Mumaghan F. D., 1944, Proc. Natl. Acad. Sei. USA, 30, 244.
• Parr R.G., Yang W., 1989, Density Functional Theory of Atoms and Molecules, Oxford University Press, New York
• Payne M. C., Teter M. P., Allan D. C., Joannopoulos J. D., 1992, Reviews of Modern Physics, 64, 1045.
• Perdew J.P. and Wang Y. 1992, Phys. Rev., B45, 13244.
• Perdew J.P, Burke K., Ernzerhof M., 1996, Phys. Rev. Lett., 77, 3865.
• Phillips J.C., 1958, Phys. Rev., 112, 685.
• Piskunov S., Heifets E., Eglitis R.I., Börstel G., 2004, Comp. Mat. Sci., 29, 165-178.
• Skriver H. L., 1984, The LMTO Method, Springer Verlag: M.
• Methfessel, Phys. Rev., B38, 1537 (1988)
• Singh D.J., 1994, Planewaves, Pseudopotentials and the LAPW Method, Kluwer, Dordrecht.
• Slater J.C., 1937, Phys. Rev., 51, 151.
• Towler M.D., Zupan A., Causa M., 1996, Comp. Phys. Commun., 98,181; http://www.chimifm.unito.it/teorica/crystal/crystal.html
• Wang C. S., Callaway, 1974, J. Phys. Rev., B8, 4897.
• Wimmer E., Krakauer H., Weinert M., Freeman A.J., 1981, Phys. Rev., B24, 864.
• Koleżyński A., w przygotowaniu.