Structure and Lattice Dynamics of MF_2 (M = Ca, Sr, Ba, Pb) in Cubic and Orthorhombic Phases: The ab initio Calculations

Research output: Contribution to journalArticleResearchpeer-review

Abstract

The MF_2 (M = Ca, Sr, Ba, Pb) crystals undergo a structural phase transition from the cubic to the orthorhombic phase in a range of 1–10 GPa. Although the cubic fluorites are well studied experimentally, there has been almost no information on their orthorhombic phase to date. Despite a few data on the Raman spectra available in the literature, there is still a lack of IR spectra of these structures. In this respect, this work aims to study the crystal structure and the phonon spectrum of MF_2 crystals (M = Ca, Sr, Ba, Pb) in both the cubic and orthorhombic phases, using the MO LKAO approach with hybrid DFT functionals that take the contribution of nonlocal exchange in the Hartree—Fock formalism into account. The frequencies and types of fundamental IR and Raman vibrations, as well as the frequencies of “silent” modes, are found. The calculations of elastic constants for the orthorombic phase have been performed at the first time. The program CRYSTAL14 intended for simulation of periodic structures within the MO LKAO approach was used for the calculations.
Translated title of the contributionStructure and Lattice Dynamics of MF_2 (M = Ca, Sr, Ba, Pb) in Cubic and Orthorhombic Phases: The ab initio Calculations
Original languageRussian
Pages (from-to)137-147
JournalФизика твердого тела
Volume61
Issue number1
DOIs
Publication statusPublished - 2019

Fingerprint

fluorite
functionals
crystals
elastic properties
Raman spectra
formalism
vibration
crystal structure
simulation

GRNTI

  • 29.00.00 PHYSICS

Level of Research Output

  • VAK List

Cite this

@article{cbcf6e013eaf4a3f93e07e9d5917c49b,
title = "СТРУКТУРА И ДИНАМИКА РЕШЕТКИ MEF2 (ME=CA, SR, BA, PB) В КУБИЧЕСКОЙ И ОРТО-ФАЗАХ: AB INITIO РАСЧЕТ",
abstract = "Кристаллы MeF2 (Me=Ca, Sr, Ba, Pb) претерпевают структурный фазовый переход из кубической в орторомбическую фазу в интервале 1-10 GPa. Кубическая фаза флюоритов хорошо исследована экспериментально, тогда как данных по орторомбической фазе мало. В научной печати имеются отрывочные данные по КР-спектрам, данные по ИК-спектрам отсутствуют. В данной работе проведено исследование кристаллической структуры и фононного спектра кристаллов MeF2 (Me=Ca, Sr, Ba, Pb) как в кубической, так и в орторомбической фазах. Исследование проведено в рамках МО ЛКАО-подхода, с использованием гибридных DFT функционалов, учитывающих вклад нелокального обмена в формализме Хартри-Фока. Определены частоты и типы фундаментальных колебаний, активных в ИК и КР, а также частоты молчащих{"} мод. Впервые проведен расчет упругих постоянных для орторомбической фазы. Расчеты проводились в программе CRYSTAL14, предназначенной для моделирования периодических структур в рамках МО ЛКАО-подхода. Работа выполнена в рамках государственного задания ФАНО РФ (тема Диагностика{"} (Diagnostics{"}), номер госрегистрации АААА-А18-118020690196-3) при частичной поддержке Министерства образования и науки РФ, проект N 3.9534.2017/8.9. При проведении работ был использован суперкомпьютер Уран{"} ИММ УрО РАН.",
author = "Чернышев, {Владимир Артурович} and Рюмшин, {Виталий Сергеевич} and Агзамова, {Полина Александровна}",
year = "2019",
doi = "10.21883/FTT.2019.01.46904.188",
language = "Русский",
volume = "61",
pages = "137--147",
journal = "Физика твердого тела",
issn = "0367-3294",
publisher = "MEZHDUNARODNAYA KNIGA",
number = "1",

}

TY - JOUR

T1 - СТРУКТУРА И ДИНАМИКА РЕШЕТКИ MEF2 (ME=CA, SR, BA, PB) В КУБИЧЕСКОЙ И ОРТО-ФАЗАХ: AB INITIO РАСЧЕТ

AU - Чернышев, Владимир Артурович

AU - Рюмшин, Виталий Сергеевич

AU - Агзамова, Полина Александровна

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - Кристаллы MeF2 (Me=Ca, Sr, Ba, Pb) претерпевают структурный фазовый переход из кубической в орторомбическую фазу в интервале 1-10 GPa. Кубическая фаза флюоритов хорошо исследована экспериментально, тогда как данных по орторомбической фазе мало. В научной печати имеются отрывочные данные по КР-спектрам, данные по ИК-спектрам отсутствуют. В данной работе проведено исследование кристаллической структуры и фононного спектра кристаллов MeF2 (Me=Ca, Sr, Ba, Pb) как в кубической, так и в орторомбической фазах. Исследование проведено в рамках МО ЛКАО-подхода, с использованием гибридных DFT функционалов, учитывающих вклад нелокального обмена в формализме Хартри-Фока. Определены частоты и типы фундаментальных колебаний, активных в ИК и КР, а также частоты молчащих" мод. Впервые проведен расчет упругих постоянных для орторомбической фазы. Расчеты проводились в программе CRYSTAL14, предназначенной для моделирования периодических структур в рамках МО ЛКАО-подхода. Работа выполнена в рамках государственного задания ФАНО РФ (тема Диагностика" (Diagnostics"), номер госрегистрации АААА-А18-118020690196-3) при частичной поддержке Министерства образования и науки РФ, проект N 3.9534.2017/8.9. При проведении работ был использован суперкомпьютер Уран" ИММ УрО РАН.

AB - Кристаллы MeF2 (Me=Ca, Sr, Ba, Pb) претерпевают структурный фазовый переход из кубической в орторомбическую фазу в интервале 1-10 GPa. Кубическая фаза флюоритов хорошо исследована экспериментально, тогда как данных по орторомбической фазе мало. В научной печати имеются отрывочные данные по КР-спектрам, данные по ИК-спектрам отсутствуют. В данной работе проведено исследование кристаллической структуры и фононного спектра кристаллов MeF2 (Me=Ca, Sr, Ba, Pb) как в кубической, так и в орторомбической фазах. Исследование проведено в рамках МО ЛКАО-подхода, с использованием гибридных DFT функционалов, учитывающих вклад нелокального обмена в формализме Хартри-Фока. Определены частоты и типы фундаментальных колебаний, активных в ИК и КР, а также частоты молчащих" мод. Впервые проведен расчет упругих постоянных для орторомбической фазы. Расчеты проводились в программе CRYSTAL14, предназначенной для моделирования периодических структур в рамках МО ЛКАО-подхода. Работа выполнена в рамках государственного задания ФАНО РФ (тема Диагностика" (Diagnostics"), номер госрегистрации АААА-А18-118020690196-3) при частичной поддержке Министерства образования и науки РФ, проект N 3.9534.2017/8.9. При проведении работ был использован суперкомпьютер Уран" ИММ УрО РАН.

UR - https://elibrary.ru/item.asp?id=37477806

U2 - 10.21883/FTT.2019.01.46904.188

DO - 10.21883/FTT.2019.01.46904.188

M3 - Статья

VL - 61

SP - 137

EP - 147

JO - Физика твердого тела

JF - Физика твердого тела

SN - 0367-3294

IS - 1

ER -