Étude de premier-principes de la structure électronique des matériaux à base de carbone sous haute pression.

Abstract

الملخص(بالعربية):

لقد قمنا بدراسة الخصائص الهيكلية و الترموديناميكية لسبعة عشر مادة صلبة في مراحل بلورية مختلفة الأشكال لمركب ثاني أكسيد الكربون غير الجزيئي باستخدام حسابات المبادئ الأولية القائمة على نظرية الكثافة الوظيفية المستقطب ضمن تقريب تدرج معمَّم (GGA-PBEsol) وتقريب المعدَّل للطاقة وكمون التبادل والارتباط تم تحديد أبعاد البلورة من خلال حساب ثابت الشبكة و معاملات الانضغاطية ومشتقاتها وحساب الحجم لكل تركيب الذي تتكون عنده كل بلورة. أظهرت الخصائص التركيبية المحسوبة للأطوار أن مركب ثاني أكسيد الكربون الصلب غير الجزيئي مستقر في المرحلةPa3 ̅ باعتباره الطور الأكثر استقرارا من خلال الحسابات الطاقوية. ينتقل الطورPa3 ̅ لثاني أكسيد الكربون الصلب تحت الضغط لمرحلة انتقالية إلى طورP4_2/mnm جيغاباسكال 5P ≈، بينما تبين أن طور Pnnm غير مستقر ديناميكيًا. أيضًا لاحظنا أن الطور P4_1 2_1 2 غير مستقر ديناميكيًا في منحنيات تشتت الفنونات ذات الوضع التخيلي. أيضًا أظهرنا أن الطور I4 ̅2d موجود عند جيغا باسكالP ≈ 11. وعند ضغط عالٍ قدره جيغا باسكال P ≈ 186 ينتقل إلى الطور الرباعي P4 ̅m2. وعليه فإن مسار الانتقال لثاني أكسيد الكربون الصلب غير الجزيئي يوضح وفق المخطط أدناه: Pa3 ̅→┴(3.5 GPa) Pnnm→┴(7.7 GPa) P4_2/mnm→┴(11 GPa) I4 ̅2d→┴(168 GPa) P4 ̅m2

الكلمات المفتاحية: نظرية الكثافة الوظيفية؛ الفونون؛ الديناميكا الحرارية؛ ثاني أكسيد الكربون.

----------------------------------------------

Résumé (en Français) :

Le comportement structural et dynamique de dix-sept polymorphes solides du composé de CO2 non moléculaire a été évalué en utilisant la méthode des ondes planes augmentées avec linéarisation et potentiel total (FP-LAPW) dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité au sein de l'approximation généralisée du gradient (GGA-PBEsol). Nous avons montré la présence d'un composé de CO2 solide non moléculaire stable, qui a la phase pyrite Pa3 ̅ comme la phase la plus stable du point de vue énergétique. La phase pyrite Pa3 ̅ du composé CO2 sous pression subit une transition de phase vers la phase rutile P4_2/mnm à P ≈ 5 GPa, tandis que la phase Pnnm s'est avérée dynamiquement instable. De plus, la phase α-cristobalite P4_1 2_1 2 s'est avérée dynamiquement instable avec des modes imaginaires dans les courbes de dispersion des phonons. Nous avons montré que la phase I4 ̅2d existe à P ≈ 11 GPa et subit une transition de phase vers la phase tétragonale P4 ̅m2 à une pression élevée de P ≈ 186 GPa. Ainsi, le chemin de transition pour le dioxyde de carbone (CO2) solide non moléculaire est donné comme indiqué ci-dessous. Pa3 ̅→┴(3.5 GPa) Pnnm→┴(7.7 GPa) P4_2/mnm→┴(11 GPa) I4 ̅2d→┴(168 GPa) P4 ̅m2 Les mots clés : La théorie fonctionnelle de la densité (DFT); Transition de phase; Phonon; Thermodynamique; dioxyde de carbone. ----------------------------------------------

Abstract (en Anglais) :

The structural and dynamical behaviour of seventeen solid polymorphs of the non-molecular CO2 compound was evaluated using the full potential linear augmented plane wave method (FP-LAPW) in the framework of density functional theory within the generalized gradient approximation (GGA-PBEsol). We showed the presence of a stable non-molecular solid CO2 compound, which has the Pa3 ̅ phase as the most energetically stable phase. The Pa3 ̅ phase of the CO2 compound under pressure undergoes a phase transition to the rutile P4_2/mnm phase at P ≈ 5 GPa, while the Pnnm phase was found to be dynamically unstable. Also, the α-cristobalite P4_1 2_1 2 phase was found to be dynamically unstable with imaginary modes in the phonon dispersion curves. We showed that the I4 ̅2d phase exists at P ≈ 11 GPa and undergoes a phase transition to the tetragonal P4 ̅m2 phase at a high pressure of P ≈ 168 GPa Thus, the transition path for the non-molecular solid CO2 is given as shown below: Pa3 ̅→┴(3.5 GPa) Pnnm→┴(7.7 GPa) P4_2/mnm→┴(11 GPa) I4 ̅2d→┴(168 GPa) P4 ̅m2 Keywords: Density functional theory (DFT); Phase transition; Phonon; Thermodynamic; Carbon dioxide.