Структурні, термічні та електронні дослідження напів-Гейслерових сплавів ZrCo1-xNixBi (x=0, 0,25, 0,75 і 1)
Анотація
У статті представлено теоретичну оцінку структурних, механічних, теплових та електричних властивостей напівгейслерових сплавів (ZrCo1-xNixBi = 0, 0.25, 0.75 and 1) в рамках теорії функціоналу щільності (DFT), яка реалізована в коді WIEN2k. Знайдено, що параметри рівноважної решітки узгоджуються з попередньою літературою. Декілька розрахункових механічних властивостей показують, що всі досліджувані сплави є механічно стійкими. Відповідно до критичних значень B/G, леговані Ni сплави ZrCoBi є пластичними, тоді як ZrCoBi та ZrNiBi крихкі. Зонна структура та щільність станів цих сполук показують, що ZrCoBi має напівпровідникову природу, тоді як легований Ni ZrCoBi має напівметалеву природу. Структурні реформи, внесені до ZrCoBi у міру збільшення концентрації Ni-допанту на місці Co-атома, показали збільшення його металічності, провідності та пластичності, а також зниження його жорсткості, стисливісті, мінімальної теплопровідності, температур плавлення та Дебая. Згідно з отриманими результатами, сплави ( ZrCo1-xNixBi = 0, 0.25, 0.75 and 1) можуть мати потенційне термічне та електронне застосування.
Завантаження
Посилання
T. Graf, C. Felser, and S.S.P. Parkin, “Simple rules for the understanding of Heusler compounds”, Progress in Solid State Chemistry, 39(1), 1 (2011), https://doi.org/10.1016/j.progsolidstchem.2011.02.001
R. Majumder, M.M. Hossain, and D. Shen, “First-principles study of structural, electronic, elastic, thermodynamic and optical properties of LuPdBi half-Heusler compound”, Modern Physics Letters B, 33(30), 1950378 (2019), https://doi.org/10.1142/s0217984919503780
M.K. Bamgbose, “Electronic structure and thermoelectric properties of HfRhZ (Z= As, Sb and Bi) half-Heusler compounds”, Applied Physics A, 126(7), 1 (2020), https://doi.org/10.1007/s00339-020-03691-3
B. Nanda, and I. Dasgupta, “Electronic structure and magnetism in half-Heusler compounds”, Journal of Physics: Condensed Matter, 15(43), 7307 (2003), https://doi.org/10.1088/0953-8984/15/43/014
J.W. Bos, and R.A. Downie, “Half-Heusler thermoelectrics: a complex class of materials”, J. Phys. Condens Matter, 26(43), 433201 (2014), https://doi.org/10.1088/0953-8984/26/43/433201
A. Roy, J.W. Bennett, K.M. Rabe, and D. Vanderbilt, “Half-Heusler semiconductors as piezoelectrics”, Physical review letters, 109(3), 037602 (2012), https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.109.037602
J. Ma, V.I. Hegde, K. Munira, Y. Xie, S. Keshavarz, D.T. Mildebrath, C. Wolverton, A.W. Ghosh, and W.H. Butler, “Computational investigation of half-Heusler compounds for spintronics applications”, Physical Review B, 95(2), 024411 (2017), https://doi.org/10.1103/PhysRevB.95.024411
T. Gruhn, “Comparative ab initio study of half-Heusler compounds for optoelectronic applications”, Physical Review B, 82(12), 125210 (2010), https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.125210
S. Chen, and Z. Ren, “Recent progress of half-Heusler for moderate temperature thermoelectric applications”, Materials today, 16(10), 387 (2013), https://doi.org/10.1016/j.mattod.2013.09.015
G.-H. Yu, Y.-L. Xu, Z.-H. Liu, H.-M. Qiu, Z.-Y. Zhu, X.-P. Huang, and L.-Q. Pan, “Recent progress in Heusler-type magnetic shape memory alloys”, Rare Metals, 34(8), 527 (2015), https://doi.org/10.1007/s12598-015-0534-1
F. Casper, T. Graf, S. Chadov, B. Balke, and C. Felser, “Half-Heusler compounds: novel materials for energy and spintronic applications”, Semiconductor Science and Technology, 27(6), 063001 (2012), https://doi.org/10.1088/0268-1242/27/6/063001
R. Majumder, and M.M. Hossain, “First-principles study of structural, electronic, elastic, thermodynamic and optical properties of topological superconductor LuPtBi”, Computational Condensed Matter, 21, e00402 (2019), https://doi.org/10.1016/j.cocom.2019.e00402
Jung, D., H.-J. Koo, and M.-H. Whangbo, “Study of the 18-electron band gap and ferromagnetism in semi-Heusler compounds by non-spin-polarized electronic band structure calculations”, Journal of Molecular Structure: THEOCHEM, 527(1-3), 113 (2000), https://doi.org/10.1016/S0166-1280(00)00483-8
N. Mehmood, R. Ahmad, and G. Murtaza, “Ab initio investigations of structural, elastic, mechanical, electronic, magnetic, and optical properties of half-Heusler compounds RhCrZ (Z= Si, Ge)”, Journal of Superconductivity Novel Magnetism, 30(9), 2481 (2017), https://doi.org/10.1007/s10948-017-4051-3
O. Osafile, and J. Azi, “Structural, electronic, elastic and mechanical properties of novel ZrMnAs half Heusler alloy from first principles”, Physica B: Condensed Matter, 571, 41 (2019), https://doi.org/10.1016/j.physb.2019.06.004
M. Yazdani-Kachoei, and S. Jalali-Asadabadi, “Topological analysis of electron density in half-Heusler ZrXBi (X= Co, Rh) compounds: A density functional theory study accompanied by Bader’s quantum theory of atoms in molecules”, Journal of Alloys Compounds, 828, 154287 (2020), https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.154287
G. Surucu, M. Isik, A. Candan, X. Wang, and H.H. Gullu, “Investigation of structural, electronic, magnetic and lattice dynamical properties for XCoBi (X: Ti, Zr, Hf) Half-Heusler compounds”, Physica B: Condensed Matter, 587, 412146 (2020), https://doi.org/10.1016/j.physb.2020.412146
H. Zhu, J. Mao, Z. Feng, J. Sun, Q. Zhu, Z. Liu, D.J. Singh, Y. Wang, and Z. Ren, “Understanding the asymmetrical thermoelectric performance for discovering promising thermoelectric materials”, Sci. Adv, 5(6), eaav5813 (2019), https://doi.org/10.1126/sciadv.aav5813
P. Hohenberg, and W. Kohn, “Inhomogeneous electron gas”, Physical Review B, 136(3B), B864 (1964), https://doi.org/10.1103/PhysRev.136.B864
P. Blaha, K. Schwarz, G.K.H. Medsen, D. Kvasnicka, and J. Luitz, (2001), WIEN2k, An Augmented Plane Wave Plus Local Orbitals Program for Calculating Crystal Properties, (Vienna University Technology, Vienna, Austria, 2001).
J.P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, “Generalized gradient approximation made simple”, Physical review letters, 77(18), 3865 (1996), https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865
R. Golesorkhtabar, P. Pavone, J. Spitaler, P. Puschnig, and C. Draxl, ElaStic: A tool for calculating second-order elastic constants from first principles. Computer Physics Communications, 184(8), 1861 (2013), https://doi.org/10.1016/j.cpc.2013.03.010
F.D. Murnaghan, “The Compressibility of Media under Extreme Pressures”, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 30(9), 244 (1944), https://doi.org/10.1073/pnas.30.9.244
C.B.H. Evers, C.G. Richter, K. Hartjes, and W. Jeitschko, “Ternary transition metal antimonides and bismuthides with MgAgAs-type and filled NiAs-type structure”, Journal of alloys compounds, 252(1-2), 93 (1997), https://doi.org/10.1016/S0925-8388(96)02616-3
J. Wang, S. Yip, S.R. Phillpot, and D. Wolf, “Crystal instabilities at finite strain”, Physical review letters, 71(25), 4182 (1993), https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.71.4182
R.M. Hussein, and O.I. Abd, “Influence of Al and Ti additions on microstructure and mechanical properties of leaded brass alloys”, Indian Journal of Materials Science, 2014, (2014), https://doi.org/10.1155/2014/909506
S. Pugh, “XCII. Relations between the elastic moduli and the plastic properties of polycrystalline pure metals”, The London, Edinburgh, Dublin Philosophical Magazine Journal of Science, 45(367), 823 (1954), https://doi.org/10.1080/14786440808520496
D.G. Pettifor, “Theoretical predictions of structure and related properties of intermetallics”, Materials Science and Technology, 8(4), 345 (1992), https://doi.org/10.1179/mst.1992.8.4.345
R.A. Johnson, “Analytic nearest-neighbor model for fcc metals”, Phys. Rev. B, Condens. Matter, 37(8), 3924 (1988), https://doi.org/10.1103/physrevb.37.3924
D.G. Cahill, S.K. Watson, and R.O. Pohl, “Lower limit to the thermal conductivity of disordered crystals”, Phys. Rev. B, Condens. Matter, 46(10), 6131 (1992), https://doi.org/10.1103/physrevb.46.6131
M. Khan, and Y. Zeng, “Achieving low thermal conductivity in Sr (Zr0. 9Yb0. 05Gd0. 05) O2. 95: A suitable material for high temperature applications”, Ceramics International, 46(18), 28778 (2020), https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.08.040
D. Zhao, M. Zuo, L. Bo, and Y. Wang, “Synthesis and Thermoelectric Properties of Pd-Doped ZrCoBi Half-Heusler Compounds”, Materials (Basel), 11(5), 728 (2018), https://doi.org/10.3390/ma11050728
V. Ponnambalam, et al., “Thermoelectric Properties of Half-Heusler Bismuthides ZrCo 1− x Ni x Bi (x= 0.0 to 0.1)”, Journal of electronic materials, 36(7), 732 (2007), https://doi.org/10.1007/s11664-007-0153-1
F. Hamioud, and A. Mubarak, “The mechanical, optoelectronic and thermoelectric properties of NiYSn (Y= Zr and Hf) alloys”, International Journal of Modern Physics B, 31(23), 1750170 (2017), https://doi.org/10.1142/S0217979217501703
Авторське право (c) 2022 Махмуд Аль-Елаймі
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).
