Theoretical Simulation of mechanical, phonon dispersion and related electronic crystal properties of Niobium: a DFT study

Editorial Board PCSS Journal; О. Енаросеха; О. Оібо; А. Умукоро; Ю. Аігбе; А. Оджобор

doi:10.15330/pcss.26.4.852-857

Автор(и)

О. Енаросеха Кафедра фізики, Університет штату Дельта, м. Абрака, Нігерія
О. Оібо Кафедра фізики, Південний університет штату Дельта, м. Озоро, Нігерія
А. Умукоро Кафедра фізики, Університет штату Дельта, м. Абрака, Нігерія
Ю. Аігбе Центр космічних досліджень, Північно-Західний університет, м. Потчефструм, ПАР; Національний інститут теоретичної та обчислювальної науки, м. Йоганнесбург, ПАР
А. Оджобор Кафедра математики, Університет штату Дельта, м. Абрака, Нігерія

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.26.4.852-857

Ключові слова:

ніобій, DFT, механічні властивості, фононна дисперсія, густина електронних станів (DOS)

Анотація

У роботі досліджено механічні властивості, фононну дисперсію та електронні властивості ніобію (Nb) з використанням теорії функціонала густини (DFT). За допомогою програмного пакета Quantum ESPRESSO виконано комплексні DFT-розрахунки для прогнозування властивостей Nb на атомному рівні. Механічні характеристики оцінювали шляхом обчислення пружних сталих, об’ємного модуля, модуля зсуву та модуля Юнга. Фононні спектри було отримано з використанням теорії збурень у межах DFT (DFPT) для оцінки динамічної стабільності. Електронні властивості проаналізовано за допомогою зонної структури та густини електронних станів (DOS). Отримані результати свідчать, що ніобій характеризується високою механічною стабільністю, а пружні сталі підтверджують його стійкість до значних механічних навантажень. Аналіз фононної дисперсії виявив наявність уявних частот, що підтверджує динамічну нестабільність структури. Дослідження електронної структури показало металеву природу Nb із суттєвим внеском d-орбіталей поблизу рівня Фермі, що зумовлює його високу електропровідність. Загалом результати роботи поглиблюють розуміння властивостей ніобію та надають важливі атомарні уявлення, необхідні для подальших експериментальних досліджень і розробки матеріалів для передових технологічних застосувань.

Посилання

O.O.E. Enaroseha, G.E. Akpojotor, Superconductivity driven by magnetic instability in CeCu2Si2. Advances in Physics Theories and Applications 18, 54 (2013).

P. Hohenberg, & W. Kohn, Inhomogeneous Electron Gas. Physical Review, 136 (3B), B864, (1964).

W. Kohn, & L.J. Sham, Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects. Physical Review, 140(4A), A1133 (1965).

G. Grimvall, Thermophysical Properties of Materials. Elsevier, (1986).

D.T. Morelli, J.P. Heremans, & G.A. Slack, Estimation of the isotope effect on the lattice thermal conductivity of group IV and group III-V semiconductors. Physical Review B, 66(19), 195304 (2002); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.66.195304.

O.E. Omamoke Enaroseha and N. N. Omehe, Heat Transfer in Circular Tubes with Supercritical Fluid Using the STAR CCM + CFD Code. African Journal of Research in Physical Science 10, 24 (2020).

S. Baroni, S. de Gironcoli, A.Dal Corso, & P. Giannozzi, Phonons and related crystal properties from density-functional perturbation theory. Reviews of Modern Physics, 73(2), 515 (2001); https://doi.org/10.1103/RevModPhys.73.515.

P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini, M. Calandra, R. Car, C. Cavazzoni, D. Ceresoli, G.L. Chiarotti, M. Cococcioni, I. Dabo, A. and Dal Corso, QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials. Journal of Physics: Condensed Matter, 21(39), 395502(2009); https://doi.org/10.1088/0953-8984/21/39/395502.

W. Voigt, Lehrbuch der Kristallphysik (mit Ausschluss der Kristalloptik). B.G. Teubner. (1928).

A. Reuss, Berechnung der Fließgrenze von Mischkristallen auf Grund der Plastizitätsbedingung für Einkristalle. Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik, 9(1), 49 (1929); https://doi.org/10.1002/zamm.19290090104.

R. Hill, The elastic behaviour of a crystalline aggregate. Proceedings of the Physical Society. Section A, 65(5), 349 (1952); https://doi.org/10.1088/0370-1298/65/5/307.

J.P. Perdew, & Y. Wang, Accurate and simple analytic representation of the electron-gas correlation energy. Physical Review B, 45(23), 13244 (1992); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.45.13244.

O.E. Omamoke Enaroseha, Obed Oyibo, Aziakpono Blessing Umukoro and Uyiosa O. Aigbe, Origin of Metallicity in Molybdenum: A First Principle Calculation, Physics of the Solid State, 66 (12), 653 (2024); https://doi.org/10.1134/S106378342460167X.

C. Kittel Introduction to Solid State Physics (8th ed.). John Wiley & Sons (2004).

M.J. Mehl, D.A. Papaconstantopoulos, & N. Kioussis, Applications of a tight-binding total-energy method for transition and noble metals: Elastic constants, vacancies, and surfaces of monatomic metals. Physical Review B, 54(7), 4519 (1996).

O.E. Omamoke Enaroseha, S. Joshua Apanapudor, Obed Oyibo and Michael O. Oho, Understanding the Theoretic Study of Alkali Metal (Sodium, Na) Properties from Ab Initio Calculations. Journal of Physics: Conference Series 2780, 012030. (2024); https://doi.org/10.1088/1742-6596/2780/1/012030.

M. Zarea, Ueki H and JA. Sauls Effects of anisotropy and disorder on the superconducting properties of niobium. Front. Phys.11, 1269872 (2023), https://doi.org/10.3389/fphy.2023.1269872.