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 компјутерскипрорачуни базирани на теорији функционала густине, односно методилинеаризованих проширених равних таласа са комплентим потенцијалом. Ово јерелативно нова теоријска метода имплементирана у програмском пакету Wien2k,којим су рађени сви прорачуни.Истраживања су конципирана тако да се докторска дисертација састоји издва сегмента. У првом делу испитивана је локална структура, електронскеособине и градијенти електричних поља интерметалних једињења HfV2 и ZrV2,без и са убаченим допантима танталом и кадмијумом. Проучаване су тритемпературске модификације HfV2 (кубна, тетрагонална и орторомбична), и једнаZrV2 (кубна), а након анализе чистих једињења испитивана је променаелектронских особина која се јавила након имплантације допаната. Израчунатиградијенти електричних поља и параметри асиметрије упоређивани су саодговарајућим експерименталним вредностима, добијеним методом временскиразложених пертурбованих угаоних корелација гама зрачења, чиме је утврђенокоје атомске позиције заузимају убачени допанти. На основу добијених резултатанепобитно су утврђене просторна група и атомске позиције хафнијума иванадијума у нискотемпературској орторомбичној модификацији HfV2, које сураније биле спорне услед постојања противречних резул тата у литератури.Такође, потврђено је да ненулти градијент електричног поља измерен на позицијитантала у кубној решеци HfV2 потиче због његове измештености из равнотежногположаја.Други део докторске дисертације односи се на испитивање променеелектронске структуре кубне Лавес фазе једињења HfV2, настале због убацивањаводоника на једну од три интерстицијалне позиције у кристалној решеци. На овајначин симулиран је интерстицијални хидрид HfV2Hx у коме је број водоника појединици формуле износио од један до четири. Приказани су резултатиИнститут за нуклеарне науке „Винча“ Факултет за физичку хемијуистраживања ефеката које улазак водоника има на јединичну ћелију, електронскуструктуру кристала и градијенте електричних поља ванадијума којима је водоникокружен. Сврха овог дела истраживања била је утврђивање интерстицијалнепозиције у кристалној решеци коју водоник најлакше заузима и у којојконцентрацији. Добијени резултати су допуњени израчунатим енталпијамаформирања свих хидрида овог једињења, чијим је међусобним поређењеманализирана њихова стабилност.

This doctoral dissertation consists of density functional theory basedcalculations, conducted with Wien2k computational code, which implements fullpotentiallinearized augmented plane wave plus local orbital method. The dissertation isdivided 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 – andonly one, cubic, modification of ZrV2 were investigated. After the analysis of electronicstructure and electric field gradients of pure intermetallic compounds, crystal latticeswere doped with impurities tantalum or cadmium. Electric field gradients werecalculated on the atomic site of the inserted probe-atoms, and results were comparedwith the existing experimental data from the time differential perturbed angularcorrelation and nuclear magnetic resonance measurements. This comparison enabled usto determine the lattice site occupied by impurities in every examined structure, exactspace group, and crystallographic positions of hafnium and vanadium in the lowtemperatureorthorhombic modification of HfV2. In addition, we have confirmed thatthe measured, nonzero electric field gradient in the tantalum-doped cubic HfV2 structureoriginates from the displacement of tantalum from its equilibrium position in the cubicenvironment.In the second part of the thesis, first principles calculations of the electronicstructure, formation enthalpies, and electric field gradients in the cubic hydride HfV2Hxare presented. In cubic, C15 Laves phases, hydrogen can occupy three possibleinterstitial positions: 96g, 32e, and 8b. To investigate the change in electronic structurebefore and after hydrogenation, and effects that hydrogen has on the unit cell, electricfield gradients induced by this atom on the surrounding vanadium were calculated, andcompared with the existing nuclear magnetic resonance measurements. By thiscomparison, distribution of hydrogen atoms in the crystal lattice, as well as theoccupation of possible interstitials was studied. By calculating the formation enthalpiesИнститут за нуклеарне науке „Винча“ Факултет за физичку хемијуof every formed hydride, stability changes that occurred during the hydrogen insertionwere investigated. In addition to this, origin of the electric field gradient on vanadium inHfV2 hydrides was determined.