Електронска структура и градијенти електричних поља интерметалних једињења HfV2 и ZrV2 - чистих, допираних танталом и кадмијумом и њихових хидрида

Abstract

Основу истраживања ове докторске дисертације чине компјутерски прорачуни базирани на теорији функционала густине, односно методи линеаризованих проширених равних таласа са комплентим потенцијалом. Ово је релативно нова теоријска метода имплементирана у програмском пакету Wien2k, којим су рађени сви прорачуни. Истраживања су конципирана тако да се докторска дисертација састоји из два сегмента. У првом делу испитивана је локална структура, електронске особине и градијенти електричних поља интерметалних једињења HfV2 и ZrV2, без и са убаченим допантима танталом и кадмијумом. Проучаване су три температурске модификације HfV2 (кубна, тетрагонална и орторомбична), и једна ZrV2 (кубна), а након анализе чистих једињења испитивана је промена електронских особина која се јавила након имплантације допаната. Израчунати градијенти електричних поља и параметри асиметрије упоређивани су са одговарајућим експерименталним вредностима, добијеним методом временски разложених пертурбованих угаоних корелација гама зрачења, чиме је утврђено које атомске позиције заузимају убачени допанти. На основу добијених резултата непобитно су утврђене просторна група и атомске позиције хафнијума и ванадијума у нискотемпературској орторомбичној модификацији HfV2, које су раније биле спорне услед постојања противречних резул тата у литератури. Такође, потврђено је да ненулти градијент електричног поља измерен на позицији тантала у кубној решеци HfV2 потиче због његове измештености из равнотежног положаја. Други део докторске дисертације односи се на испитивање промене електронске структуре кубне Лавес фазе једињења HfV2, настале због убацивања водоника на једну од три интерстицијалне позиције у кристалној решеци. На овај начин симулиран је интерстицијални хидрид HfV2Hx у коме је број водоника по јединици формуле износио од један до четири. Приказани су резултати Институт за нуклеарне науке „Винча“ Факултет за физичку хемију истраживања ефеката које улазак водоника има на јединичну ћелију, електронску структуру кристала и градијенте електричних поља ванадијума којима је водоник окружен. Сврха овог дела истраживања била је утврђивање интерстицијалне позиције у кристалној решеци коју водоник најлакше заузима и у којој концентрацији. Добијени резултати су допуњени израчунатим енталпијама формирања свих хидрида овог једињења, чијим је међусобним поређењем анализирана њихова стабилност.

This doctoral dissertation consists of density functional theory based calculations, conducted with Wien2k computational code, which implements fullpotential linearized augmented plane wave plus local orbital method. The dissertation is divided into two segments. First part addresses the local structure, electronic properties, and electric field gradients of pure and doped intermetallic compounds HfV2 and ZrV2. Three temperature modifications of HfV2 – cubic, tetragonal and orthorhombic – and only one, cubic, modification of ZrV2 were investigated. After the analysis of electronic structure and electric field gradients of pure intermetallic compounds, crystal lattices were doped with impurities tantalum or cadmium. Electric field gradients were calculated on the atomic site of the inserted probe-atoms, and results were compared with the existing experimental data from the time differential perturbed angular correlation and nuclear magnetic resonance measurements. This comparison enabled us to determine the lattice site occupied by impurities in every examined structure, exact space group, and crystallographic positions of hafnium and vanadium in the lowtemperature orthorhombic modification of HfV2. In addition, we have confirmed that the measured, nonzero electric field gradient in the tantalum-doped cubic HfV2 structure originates from the displacement of tantalum from its equilibrium position in the cubic environment. In the second part of the thesis, first principles calculations of the electronic structure, formation enthalpies, and electric field gradients in the cubic hydride HfV2Hx are presented. In cubic, C15 Laves phases, hydrogen can occupy three possible interstitial positions: 96g, 32e, and 8b. To investigate the change in electronic structure before and after hydrogenation, and effects that hydrogen has on the unit cell, electric field gradients induced by this atom on the surrounding vanadium were calculated, and compared with the existing nuclear magnetic resonance measurements. By this comparison, distribution of hydrogen atoms in the crystal lattice, as well as the occupation of possible interstitials was studied. By calculating the formation enthalpies Институт за нуклеарне науке „Винча“ Факултет за физичку хемију of every formed hydride, stability changes that occurred during the hydrogen insertion were investigated. In addition to this, origin of the electric field gradient on vanadium in HfV2 hydrides was determined.