Теоретичне моделювання механічних властивостей, фононної дисперсії та пов’язаних електронних кристалічних властивостей ніобію: DFT-дослідження

Abstract

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.