Počítačové modelování vlastností sigma fází

Bc. Kristýna Gazdová

Master's thesis

Computer modeling of sigma phase properties

Abstract:

Tato práce využívá kvantově-mechanického modelování ke zhodnocení strukturních vlastností a termodynamické stability sigma fází v systémech Ni-V a Nb-Pt. Rovnovážné mřížkové parametry těchto fází vykazovaly lineární závislost na složení. Některé sigma fáze systému Ni-V byly více stabilní v magnetickém uspořádání (např. sigma fáze čistého Ni či konfigurace 8). Překvapivě, magnetické momenty některých atomů V (rozmezí od -0.2690 do 0.9445 μB/atom) byly vyšší než u atomů Ni (rozmezí od -0.0351 do 0.6218 μB/atom). Na základě tvorných entalpií sigma fází stanovených vzhledem k váženému průměru celkových energií prvků v jejich standardním stavu (∆HSER) bylo nalezeno sedm nestabilních konfigurací v systému Ni-V a tři v systému Nb-Pt. Nejstabilnější strukturou v systému Ni-V byla nemagnetická konfigurace 19 s ∆HSER = 20.3811 kJ/mol atomů. Ve ferrimagnetickém uspořádání je nejstabilnější konfigurace 9, jejíž hodnota ∆HSER = -16.4255 kJ/mol atomů. Průměrný magnetický moment konfigurace 9 činil 0.0067 μB/atom. Nejvyšší průměrný magnetický moment, 0.6008 μB/atom, byl nalezen pro sigma fázi čistého Ni. V rámci systému Nb-Pt byla nejvíce stabilní konfigurace 12, ∆HSER = -47.8486 kJ/mol atomů. Všechny studované konfigurace sigma fází byly stabilní ve vztahu k sigma fázím čistých prvků. Výsledky dále potvrdily souvislost mezi stabilitou a obsazením podmřížek v obou binárních systémech.

Abstract:

This thesis uses quantum-mechanical calculations to assess the structural properties and thermodynamic stability of sigma phases within the Ni-V and Nb-Pt systems. It was found that the equilibrium lattice parameters of these phases revealed a linear dependence on composition. Moreover, some sigma phase configurations were found to be more stable in magnetic ordering (e.g., sigma phase of pure Ni or configuration 8) in the Ni-V system. Surprisingly, the magnetic moments of some V atoms (ranging from -0.2690 to 0.9445 μB/atom) were higher than those of most Ni atoms (ranging from -0.0351 to 0.6218 μB/atom). Enthalpies of formation evaluated with respect to the weighted average of total energies of pure elements in their standard reference states (∆HSER) showed seven unstable configurations within the Ni-V system and three in the Nb-Pt system. The most stable structure within the Ni-V system was the nonmagnetic configuration 19 with ∆HSER = -20.3811 kJ/mol of atoms. Configuration 9 was the most stable ferrimagnetic structure possessing ∆HSER = -16.4255 kJ/mol of atoms and the average magnetic moment of 0.0067 μB/atom. The highest magnetic moment, 0.6008 μB/atom, belongs to the sigma phase of pure Ni. Regarding the Nb-Pt system, the highest stability was found for configuration 12, exhibiting ∆HSER = -47.8486 kJ/mol of atoms. All studied configurations of sigma phases showed stability with respect to sigma phases of pure constituents. Furthermore, a relation between the stability and sublattice occupation was confirmed in both binary systems.

Keywords

ab initio, teorie funkcionálu hustoty, sigma fáze, Ni-V, Nb-Pt, magnetismus, tvorná entalpie, density functional theory, sigma phase, magnetism, enthalpy of formation

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 5. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 29. 6. 2022
• Supervisor: doc. Mgr. Jana Pavlů, Ph.D.
• Reader: prof. RNDr. Jan Vřešťál, DrSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Chemistry / Physical Chemistry