An Atomic Scale Study of Structural and Electronic Properties for α-Zirconium with Single Vacancies and Vacancy Clusters
We study structural, electronic, and energy properties of pure zirconium with isolated vacancies and their clusters. We discuss the lattice constant change in pure zirconium with different concentrations of isolated vacancy and different configurations of di- and trivacancy. We analyse the stability...
Saved in:
| Published in: | Металлофизика и новейшие технологии |
|---|---|
| Date: | 2016 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2016
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/112606 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | An Atomic Scale Study of Structural and Electronic Properties for α-Zirconium with Single Vacancies and Vacancy Clusters / V. O. Kharchenko, D. O. Kharchenko, X. Wu, B. Wen, L. Wu, and W. Zhang // Металлофизика и новейшие технологии. — 2016. — Т. 38, № 9. — С. 1195-1212. — Бібліогр.: 39 назв. — англ. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-112606 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Kharchenko, V.O. Kharchenko, D.O. Wu, X. Wen, B. Wu, L. Zhang, W. 2017-01-23T18:30:44Z 2017-01-23T18:30:44Z 2016 An Atomic Scale Study of Structural and Electronic Properties for α-Zirconium with Single Vacancies and Vacancy Clusters / V. O. Kharchenko, D. O. Kharchenko, X. Wu, B. Wen, L. Wu, and W. Zhang // Металлофизика и новейшие технологии. — 2016. — Т. 38, № 9. — С. 1195-1212. — Бібліогр.: 39 назв. — англ. 1024-1809 DOI: 10.15407/mfint.38.09.1195 PACS: 61.50.Lt, 61.72.Bb, 61.72.jd, 71.15.Ap, 71.15.Mb, 71.15.Nc, 71.20.Be, 73.22.Dj https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/112606 We study structural, electronic, and energy properties of pure zirconium with isolated vacancies and their clusters. We discuss the lattice constant change in pure zirconium with different concentrations of isolated vacancy and different configurations of di- and trivacancy. We analyse the stability of small vacancy clusters containing divacancy characterized by different distances between two vacancies and trivacancy of different configuration. As shown, the lattice constant decreases with an increase in the concentration of isolated vacancies, whereas single vacancy formation energy increases indicating that isolated vacancies will tend to form clusters. By studying stability of small vacancy clusters containing di- and trivacancies, it is shown that, if the distance between vacancies in a cluster does not exceed the first-neighbours’ distance, the corresponding vacancy cluster will be stable. In the opposite case, the interaction between vacancies in divacancy promotes formation of isolated vacancies, whereas the trivacancy will decompose into divacancy and isolated vacancy or three isolated vacancies, depending on distances between vacancies in trivacancy. Distributions of electronic density and density of states for pure zirconium with single vacancy as well as the most stable configurations of di- and trivacancies are studied in detail. У даній роботі проведено дослідження структурних, електронних та енергетичних властивостей чистого цирконію з ізольованими вакансіями та вакансійними кластерами. Визначено значення параметра ґратниці чистого цирконію з різною концентрацією ізольованих вакансії та з бі- й тривакансіями різної конфіґурації. Проаналізовано стабільність малих кластерів вакансій, що містять бівакансії, які характеризуються різними віддалями між двома вакансіями, та тривакансії різної конфіґурації. Показано, що зі збільшенням концентрації ізольованих вакансій параметер ґратниці зменшується, в той час як значення енергії формування одиничної вакансії збільшується. Останнє вказує на те, що ізольовані вакансії при збільшенні концентрації їх будуть, як правило, утворювати кластери. При вивченні стійкости малих кластерів вакансій, що містять бі- та тривакансії, показано, що у випадку, якщо віддаль між вакансіями в кластері не перевищує значення радіюса першої координаційної сфери, відповідний вакансійний кластер буде стійким. В іншому випадку взаємодія між вакансіями у бівакансії сприяє формуванню ізольованих вакансій, в той час як тривакансії розпадаються на бівакансію та ізольовану вакансію або три ізольовані вакансії, залежно від віддалі між вакансіями у тривакансії. Проведено детальне дослідження розподілу електронної густини та густини станів для чистого цирконію з однією вакансією та найбільш стабільними конфіґураціями бі- та тривакансій. В данной работе проведено исследование структурных, электронных и энергетических свойств чистого циркония с изолированными вакансиями и вакансионными кластерами. Установлены значения параметра решётки чистого циркония с различной концентрацией изолированных вакансий и с би- и тривакансиями различной конфигурации. Проанализирована устойчивость малых вакансионных кластеров, содержащих бивакансии, которые характеризуются различными расстояниями между двумя вакансиями, и тривакансии различной конфигурации. Показано, что с увеличением концентрации изолированных вакансий параметр решетки уменьшается, в то время как значение энергии формирования одиночной вакансии увеличивается. Последнее указывает на то, что изолированные вакансии при увеличении их концентрации будут, как правило, образовывать кластеры. При изучении устойчивости малых кластеров вакансий, которые содержат би- и тривакансии, показано, что в случае, когда расстояние между вакансиями в кластере не превышает значение радиуса первой координационной сферы, соответствующий вакансионный кластер будет устойчивым. В противоположном случае взаимодействие между вакансиями в бивакансии приведет к формированию изолированных вакансий, в то время как тривакансии распадаются на бивакансию и изолированную вакансию либо три изолированных вакансии в зависимости от расстояния между вакансиями в тривакансии. Проведено детальное изучение распределения электронной плотности и плотности состояний для чистого циркония с одной вакансией и наиболее устойчивыми конфигурациями би- и тривакансий. The Sichuan Province International Science and Technology Cooperation and Exchange Research Program (2016HH0014) as well as the China Postdoctoral Science Foundation (2015M 582575) supported financially this work. en Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Металлофизика и новейшие технологии Дефекты кристаллической решётки An Atomic Scale Study of Structural and Electronic Properties for α-Zirconium with Single Vacancies and Vacancy Clusters Вивчення в атомовому масштабі структурних та електронних властивостей α-цирконію з одиничними вакансіями та вакансійними кластерами Изучение в атомном масштабе структурных и электронных свойств α-циркония с одиночными вакансиями и вакансионными кластерами Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
An Atomic Scale Study of Structural and Electronic Properties for α-Zirconium with Single Vacancies and Vacancy Clusters |
| spellingShingle |
An Atomic Scale Study of Structural and Electronic Properties for α-Zirconium with Single Vacancies and Vacancy Clusters Kharchenko, V.O. Kharchenko, D.O. Wu, X. Wen, B. Wu, L. Zhang, W. Дефекты кристаллической решётки |
| title_short |
An Atomic Scale Study of Structural and Electronic Properties for α-Zirconium with Single Vacancies and Vacancy Clusters |
| title_full |
An Atomic Scale Study of Structural and Electronic Properties for α-Zirconium with Single Vacancies and Vacancy Clusters |
| title_fullStr |
An Atomic Scale Study of Structural and Electronic Properties for α-Zirconium with Single Vacancies and Vacancy Clusters |
| title_full_unstemmed |
An Atomic Scale Study of Structural and Electronic Properties for α-Zirconium with Single Vacancies and Vacancy Clusters |
| title_sort |
atomic scale study of structural and electronic properties for α-zirconium with single vacancies and vacancy clusters |
| author |
Kharchenko, V.O. Kharchenko, D.O. Wu, X. Wen, B. Wu, L. Zhang, W. |
| author_facet |
Kharchenko, V.O. Kharchenko, D.O. Wu, X. Wen, B. Wu, L. Zhang, W. |
| topic |
Дефекты кристаллической решётки |
| topic_facet |
Дефекты кристаллической решётки |
| publishDate |
2016 |
| language |
English |
| container_title |
Металлофизика и новейшие технологии |
| publisher |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Вивчення в атомовому масштабі структурних та електронних властивостей α-цирконію з одиничними вакансіями та вакансійними кластерами Изучение в атомном масштабе структурных и электронных свойств α-циркония с одиночными вакансиями и вакансионными кластерами |
| issn |
1024-1809 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/112606 |
| citation_txt |
An Atomic Scale Study of Structural and Electronic Properties for α-Zirconium with Single Vacancies and Vacancy Clusters / V. O. Kharchenko, D. O. Kharchenko, X. Wu, B. Wen, L. Wu, and W. Zhang // Металлофизика и новейшие технологии. — 2016. — Т. 38, № 9. — С. 1195-1212. — Бібліогр.: 39 назв. — англ. |
| work_keys_str_mv |
AT kharchenkovo anatomicscalestudyofstructuralandelectronicpropertiesforαzirconiumwithsinglevacanciesandvacancyclusters AT kharchenkodo anatomicscalestudyofstructuralandelectronicpropertiesforαzirconiumwithsinglevacanciesandvacancyclusters AT wux anatomicscalestudyofstructuralandelectronicpropertiesforαzirconiumwithsinglevacanciesandvacancyclusters AT wenb anatomicscalestudyofstructuralandelectronicpropertiesforαzirconiumwithsinglevacanciesandvacancyclusters AT wul anatomicscalestudyofstructuralandelectronicpropertiesforαzirconiumwithsinglevacanciesandvacancyclusters AT zhangw anatomicscalestudyofstructuralandelectronicpropertiesforαzirconiumwithsinglevacanciesandvacancyclusters AT kharchenkovo vivčennâvatomovomumasštabístrukturnihtaelektronnihvlastivosteiαcirkoníûzodiničnimivakansíâmitavakansíinimiklasterami AT kharchenkodo vivčennâvatomovomumasštabístrukturnihtaelektronnihvlastivosteiαcirkoníûzodiničnimivakansíâmitavakansíinimiklasterami AT wux vivčennâvatomovomumasštabístrukturnihtaelektronnihvlastivosteiαcirkoníûzodiničnimivakansíâmitavakansíinimiklasterami AT wenb vivčennâvatomovomumasštabístrukturnihtaelektronnihvlastivosteiαcirkoníûzodiničnimivakansíâmitavakansíinimiklasterami AT wul vivčennâvatomovomumasštabístrukturnihtaelektronnihvlastivosteiαcirkoníûzodiničnimivakansíâmitavakansíinimiklasterami AT zhangw vivčennâvatomovomumasštabístrukturnihtaelektronnihvlastivosteiαcirkoníûzodiničnimivakansíâmitavakansíinimiklasterami AT kharchenkovo izučenievatomnommasštabestrukturnyhiélektronnyhsvoistvαcirkoniâsodinočnymivakansiâmiivakansionnymiklasterami AT kharchenkodo izučenievatomnommasštabestrukturnyhiélektronnyhsvoistvαcirkoniâsodinočnymivakansiâmiivakansionnymiklasterami AT wux izučenievatomnommasštabestrukturnyhiélektronnyhsvoistvαcirkoniâsodinočnymivakansiâmiivakansionnymiklasterami AT wenb izučenievatomnommasštabestrukturnyhiélektronnyhsvoistvαcirkoniâsodinočnymivakansiâmiivakansionnymiklasterami AT wul izučenievatomnommasštabestrukturnyhiélektronnyhsvoistvαcirkoniâsodinočnymivakansiâmiivakansionnymiklasterami AT zhangw izučenievatomnommasštabestrukturnyhiélektronnyhsvoistvαcirkoniâsodinočnymivakansiâmiivakansionnymiklasterami AT kharchenkovo atomicscalestudyofstructuralandelectronicpropertiesforαzirconiumwithsinglevacanciesandvacancyclusters AT kharchenkodo atomicscalestudyofstructuralandelectronicpropertiesforαzirconiumwithsinglevacanciesandvacancyclusters AT wux atomicscalestudyofstructuralandelectronicpropertiesforαzirconiumwithsinglevacanciesandvacancyclusters AT wenb atomicscalestudyofstructuralandelectronicpropertiesforαzirconiumwithsinglevacanciesandvacancyclusters AT wul atomicscalestudyofstructuralandelectronicpropertiesforαzirconiumwithsinglevacanciesandvacancyclusters AT zhangw atomicscalestudyofstructuralandelectronicpropertiesforαzirconiumwithsinglevacanciesandvacancyclusters |
| first_indexed |
2025-12-07T19:12:46Z |
| last_indexed |
2025-12-07T19:12:46Z |
| _version_ |
1850877952849346560 |
| description |
We study structural, electronic, and energy properties of pure zirconium with isolated vacancies and their clusters. We discuss the lattice constant change in pure zirconium with different concentrations of isolated vacancy and different configurations of di- and trivacancy. We analyse the stability of small vacancy clusters containing divacancy characterized by different distances between two vacancies and trivacancy of different configuration. As shown, the lattice constant decreases with an increase in the concentration of isolated vacancies, whereas single vacancy formation energy increases indicating that isolated vacancies will tend to form clusters. By studying stability of small vacancy clusters containing di- and trivacancies, it is shown that, if the distance between vacancies in a cluster does not exceed the first-neighbours’ distance, the corresponding vacancy cluster will be stable. In the opposite case, the interaction between vacancies in divacancy promotes formation of isolated vacancies, whereas the trivacancy will decompose into divacancy and isolated vacancy or three isolated vacancies, depending on distances between vacancies in trivacancy. Distributions of electronic density and density of states for pure zirconium with single vacancy as well as the most stable configurations of di- and trivacancies are studied in detail.
У даній роботі проведено дослідження структурних, електронних та енергетичних властивостей чистого цирконію з ізольованими вакансіями та вакансійними кластерами. Визначено значення параметра ґратниці чистого цирконію з різною концентрацією ізольованих вакансії та з бі- й тривакансіями різної конфіґурації. Проаналізовано стабільність малих кластерів вакансій, що містять бівакансії, які характеризуються різними віддалями між двома вакансіями, та тривакансії різної конфіґурації. Показано, що зі збільшенням концентрації ізольованих вакансій параметер ґратниці зменшується, в той час як значення енергії формування одиничної вакансії збільшується. Останнє вказує на те, що ізольовані вакансії при збільшенні концентрації їх будуть, як правило, утворювати кластери. При вивченні стійкости малих кластерів вакансій, що містять бі- та тривакансії, показано, що у випадку, якщо віддаль між вакансіями в кластері не перевищує значення радіюса першої координаційної сфери, відповідний вакансійний кластер буде стійким. В іншому випадку взаємодія між вакансіями у бівакансії сприяє формуванню ізольованих вакансій, в той час як тривакансії розпадаються на бівакансію та ізольовану вакансію або три ізольовані вакансії, залежно від віддалі між вакансіями у тривакансії. Проведено детальне дослідження розподілу електронної густини та густини станів для чистого цирконію з однією вакансією та найбільш стабільними конфіґураціями бі- та тривакансій.
В данной работе проведено исследование структурных, электронных и энергетических свойств чистого циркония с изолированными вакансиями и вакансионными кластерами. Установлены значения параметра решётки чистого циркония с различной концентрацией изолированных вакансий и с би- и тривакансиями различной конфигурации. Проанализирована устойчивость малых вакансионных кластеров, содержащих бивакансии, которые характеризуются различными расстояниями между двумя вакансиями, и тривакансии различной конфигурации. Показано, что с увеличением концентрации изолированных вакансий параметр решетки уменьшается, в то время как значение энергии формирования одиночной вакансии увеличивается. Последнее указывает на то, что изолированные вакансии при увеличении их концентрации будут, как правило, образовывать кластеры. При изучении устойчивости малых кластеров вакансий, которые содержат би- и тривакансии, показано, что в случае, когда расстояние между вакансиями в кластере не превышает значение радиуса первой координационной сферы, соответствующий вакансионный кластер будет устойчивым. В противоположном случае взаимодействие между вакансиями в бивакансии приведет к формированию изолированных вакансий, в то время как тривакансии распадаются на бивакансию и изолированную вакансию либо три изолированных вакансии в зависимости от расстояния между вакансиями в тривакансии. Проведено детальное изучение распределения электронной плотности и плотности состояний для чистого циркония с одной вакансией и наиболее устойчивыми конфигурациями би- и тривакансий.
|