Нове рівняння стану четвертого порядку, залежного від стиснення
Анотація
У цьому дослідженні представлено нове експоненціальне рівняння стану першого-четвертого порядку (EOS) для підвищення точності на різних рівнях стиснення. Запропонований експоненціальний EOS порівнюється з широко використовуваним EOS Берча-Мурнагана четвертого порядку, і він не тільки відповідає, але й перевершує точність, особливо при високому стисненні. Це порівняння служить чітким орієнтиром для читачів, щоб зрозуміти перевагу нової моделі. Висновки цього дослідження мають вирішальне значення, оскільки вони показують, що експоненціальний EOS четвертого порядку забезпечує неперевершений рівень точності при більш високому стисненні, особливо для таких матеріалів, як HCP-залізо та галогеніди натрію. EOS Берча-Мурнагана, хоча ефективний при низькому стисненні, відхиляється від експериментальних значень на вищих рівнях. Крім того, дослідження вивчає Shanker EOS, в якому M. Kumar et al. [Physica B: Condensed Matter, 239(3-4), 337‑344 (1997)] висувають вимогу щодо покращення при високому стисненні та покращення шляхом підгонки параметрів, які відрізняються від матеріалу до матеріалу. Це обмеження усувається завдяки розробці експоненціального EOS четвертого порядку, який є більш універсальним, пропонуючи надійні результати в сценаріях як низького, так і високого стиснення у фізиці високого тиску.
Завантаження
Посилання
S.R. Baty, L. Burakovsky, and D. Errandonea, “Ab initio phase diagram of copper,” J. Phys. Condens. Matter, 11(48), 1–14 (2021). https://doi.org/10.3390/cryst11050537
P. Singh, B.K. Pandey, S. Mishra, and A.P. Srivastava, “Formulation for the melting temperature prediction of metallic solids using suitable equation of states,” Comput. Condens. Matter, 35, e00807 (2023). https://doi.org/10.1016/j.cocom.2023.e00807
J. Gal, “ab Initio DFT and MD Simulations Serving as an Anchor for Correcting Melting Curves Reported by DAC and SW Experiments—Some Transition Metals as Illustrative Examples,” Crystals, 13(8), (2023). https://doi.org/10.3390/cryst13081263
P. Parisiades, “A review of the melting curves of transition metals at high pressures using static compression techniques,” Crystals, 11(4), (2021). https://doi.org/10.3390/cryst11040416
J. Shanker, M.P. Sharma, and S.S. Kushwah, “Analysis of melting of ionic solids based on the thermal equation of state,” J. Phys. Chem. Solids, 60(5), 603–606 (1999). https://doi.org/10.1016/S0022-3697(98)00323-0
K. Kholiya, and J. Chandra, “A theoretical model to study the melting of metals under pressure,” Mod. Phys. Lett. B, 29(27), (2015). https://doi.org/10.1142/S0217984915501614
S. Kumar, A. Kumar, S. Abbas, M. Al Qurashi, and D. Baleanu, “A modified analytical approach with existence and uniqueness for fractional Cauchy reaction-diffusion equations,” Adv. Differ. Equations, 2020(1), (2020). https://doi.org/10.1186/s13662-019-2488-3
S. Kumar, K.S. Nisar, R. Kumar, C. Cattani, and B. Samet, “A new Rabotnov fractional-exponential function-based fractional derivative for diffusion equation under external force,” Math. Methods Appl. Sci. 43(7), 4460–4471 (2020). https://doi.org/10.1002/mma.6208
S. Kumar, R. Kumar, R.P. Agarwal, and B. Samet, “A study of fractional Lotka-Volterra population model using Haar wavelet and Adams-Bashforth-Moulton methods,” Math. Methods Appl. Sci. 43(8), 5564-5578 (2020). https://doi.org/10.1002/mma.6297
R.S. Chauhan, K. Lal, and C. P. Singh, “Pressure dependence of melting temperature in alkali halides,” Phys. B Condens. Matter, 396(1-2), 211–213 (2007). https://doi.org/10.1016/j.physb.2007.04.006
I.Y. Alkammash, “Evaluation of pressure and bulk modulus for alkali halides under high pressure and temperature using different EOS,” J. Assoc. Arab Univ. Basic Appl. Sci. 14(1), 38–45 (2013). https://doi.org/10.1016/j.jaubas.2013.01.001
Z. Wang, P. Lazor, and S.K. Saxena, “The analysis on high pressure melting temperature dependence of the thermodynamic parameters of solids,” Mater. Lett. 49(5), 287–293 (2001). https://doi.org/10.1016/S0167-577X(00)00386-4
C. Nie, “Pressure derivative of the melting temperature for some alkali halides,” Can. J. Phys. 88(3), 175–179 (2010). https://doi.org/10.1139/P10-004
J. Ma, et al., “Modeling the pressure-dependent melting temperature of metals,” Phys. Earth Planet. Inter. 309, (2020). https://doi.org/10.1016/j.pepi.2020.106602
R.S. Chauhan, and C.P. Singh, “Analysis of melting for alkali halides based on the potential energy curve,” Phys. B Condens. Matter, 324(1), 151–156 (2002). https://doi.org/10.1016/S0921-4526(02)01289-9
M. Kumar, and M. Kumar, “Shanker formulation needs modification at high pressures,” Journal of Physics and Chemistry of Solids, 68(4), 670-672 (2007). https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2007.01.036
J. Shanker, S.S. Kushwah, and P. Kumar, “Equation of state and pressure derivatives of bulk modulus for NaCl crystal,” Physica B: Condensed Matter, 239(3-4), 337-344 (1997), https://doi.org/10.1016/S0921-4526(97)00349-9
O.L. Anderson, Equation of State of Solids for Geophysics and Ceramic Science, (Oxford Univ. Press, Oxford, 1995).
B.J. Brennan, and F.D. Stacey, “A thermodynamically based equation of state for the lower mantle,” JGR Solid Earth, 84(B10), 5535-5539 (1979). https://doi.org/10.1029/JB084iB10p05535
A.P. Srivastava, B.K. Pandey, A.K. Gupta, et al., “The Relevance of the New Exponential Equation of State for Semiconductors,” Iran J. Sci. 48, 1067–1074 (2024). https://doi.org/10.1007/s40995-024-01657-1
T. Katsura, and Y. Tange, “A Simple Derivation of the Birch–Murnaghan Equations of State (EOSs) and Comparison with EOSs Derived from Other Definitions of Finite Strain,” Minerals, 9(12), 745 (2019). https://doi.org/10.3390/min9120745.
A.P. Srivastava, B.K. Pandey, A.K. Gupta, et al., “Theoretical prediction of thermoelastic properties of bismuth ferrite by a new approach,” J. Math. Chem. 62, 2253–2264 (2024). https://doi.org/10.1007/s10910-024-01647-z
F.D. Stacey, “Finite strain, thermodynamics and the earth’s core,” Physics of the Earth and Planetary Interiors, 128(1–4), 179 193 (2001). https://doi.org/10.1016/S0031-9201(01)00285-0
A. Dhoble, and M. P. Verma, “Thermodynamic analysis of the Anderson-Grüneisen parameters,” Physica Status Solidi b, 133(2), 491-497 (1986). https://doi.org/10.1002/pssb.2221330207
O.L. Anderson, L. Dubrovinsky, S.K. Saxena, and T. LeBihan, “Experimental vibrational Grüneisen ratio values for ϵ-iron up to 330 GPa at 300 K,” Geophysical Research Letters, 28(12), 2359-2359 (2001). https://doi.org/10.1029/2000GL008544
S.N. Vaidya, and G.C. Kennedy, “Compressibility of 27 halides to 45 kbar,” Journal of Physics and Chemistry of Solids, 32(5), 951-964 (1971). https://doi.org/10.1016/S0022-3697(71)80340-2
Y.S. Sorensen, “Phase transitions and equations of state for the sodium halides: NaF NaCl, NaBr, and NaI,” JGR Solid Earth, 88(B4), 3543-3548 (1983). https://doi.org/10.1029/JB088iB04p03543
Авторське право (c) 2025 Абхай П. Шрівастава, Брієш К. Панді, Анод Кумар Сінгх, Рітеш Шрівастава
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
