การเปลี่ยนสมบัติทางกายภาพของซีเรียมไดออกไซด์ภายใต้ความดันสูง

Abstract

กระบวนการ Ab initio ที่นำทฤษฎีฟังก์ชันนัลความหนาแน่น (DFT) พร้อมกับการประมาณแบบผลต่างทั่วไป (GGA) และความหนาแน่นเฉพาะที่ (LDA) เพื่อศึกษาผลจากความดันสูงต่อซีเรียมไดออกไซด์ ซึ่งเป็นการยืนยันว่า ซีเรียมไดออกไซด์มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างผลึกจากโครงสร้างแบบฟลูออไรต์ไปเป็นโครงสร้างผลึกแบบออร์โทรอมบิก PbCl2 ที่ความดัน 27.7 GPa การคำนวณค่าคงที่โครงผลึก ความดันที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนวัฏภาคของซีเรียมไดออกไซด์สอดคล้องกับผลการทดลองและผลการคำนวณของงานวิจัยที่ผ่านมา ช่องว่างระหว่างแถบพลังงานของโครงสร้างผลึกแบบฟลูออไรต์ที่ความดันเป็นศูนย์มีค่าเท่ากับ 5.82 eV และเพิ่มขึ้นด้วยอัตรา 0.01 eV/GPa การดูดกลืนแสงและสัมประสิทธิ์การสะท้อนของพื้นผิวเพิ่มขึ้นเมื่อเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง และมีความเป็นไปได้ว่าโครงสร้างที่เสถียรภาพภายใต้ความดันสูงคือ โครงสร้างผลึกแบบ ออร์โทรอมบิก PbCl2 ในโลหะออกไซด์กลุ่ม 4B แลนทาไนด์และแอกทิไนด์ ผลกระทบจากเหล็กที่โดปเข้าไปในซีเรียมไดออกไซด์ถูกศึกษาการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างภายใต้ความดันสูงถึง 50 GPa พบว่า โครงสร้างผลึกของซีเรียมไดออกไซด์ที่ถูกโดปด้วยเหล็กมีการเปลี่ยนแปลงจากโครงสร้างผลึกแบบฟลูออไรต์ไปเป็นโครงสร้างแบบออร์โทรอมบิก PbCl2 เหมือนกับซีเรียมไดออกไซด์บริสุทธิ์ที่ความดัน 44.8 และ 14.5 GPa สำหรับการโดปด้วยเหล็ก 3.0% และ 12.5% ตามลำดับ การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของเหล็กส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นในเซลล์หน่วยและทำให้ช่องว่างระหว่างแถบพลังงานลดลงจาก 5.82 เป็น 4.76 และ 3.83 eV โดยการโดปด้วย 3.0% และ 12.5% การดูดกลืนแสงและสัมประสิทธิ์การสะท้อนของพื้นผิวเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มข้นของเหล็กเพิ่มขึ้น