MgF2'de yüksek basınç etkisiyle yapısal faz dönüşümleri ve dönüşüm mekanizmasının incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, ab-initio tekniği kullanılarak MgF2'nin yüksek basınç etkisi altındaki davranışı araştırıldı. Bu malzemeye sıfır-basınçtan başlanılarak 10 GPa'lık artışlarla 130 GPa'ya kadar kademeli olarak artan basınçlar uygulandı. Siesta programı ile yürütülen simülasyonlar boyunca MgF2'nin iki yüksek basınç fazına rastlandı. Bu fazlar, 20 GPa basınç altında Pnnm ve 90 GPa basınç altında Pnma olarak belirlendi. Bu malzemenin, 20 GPa basınç altında rutil-tipi yapıdan uzay grubu Pnnm olan CaCl2-tipi yapıya, 90 GPa basınç altında da CaCl2-tipi yapıdan uzay grubu Pnma olan ?-PbCl2-tipi yapıya faz dönüşümlerine uğradığı kanaatine varıldı. İkinci dönüşümünün uzay grupları P21/m, P21 ve P212121 olan üç ara faz oluşumunu takiben meydana geldiği tespit edildi. Bu çalışmada elde edilen faz geçişlerinin deneysel sonuçlara uyumunu araştırmak için toplam enerji ve entalpi hesaplamaları yapıldı. Bu hesaplamalar sonucu faz değişimlerinin birinci dönüşüm için 9 ve ikinci dönüşüm için 35 GPa civarında gerçekleştiği sonucuna varıldı. Bu sonuçların literatür ile uyum içinde olduğu görüldü. Titizlikle yapılan literatür taramalarımıza göre ikinci faz dönüşümü sırasında elde edilen P21/m, P21 ve P212121 ara fazlarının ilk defa bu çalışmada gözlendiği kanaatine varıldı.

In this study, the high pressure behavior of MgF2 was investigated using ab-initio technique. Pressure was gradually increased up to 130 GPa beginning from the zero-pressure structure for this material. Through simulations of Siesta package, two high-pressure phases of MgF2 were observed. These phases were determined as Pnnm and Pnma under 20 GPa and 90 GPa pressures, respectively. It was concluded that the rutile-type structure of this material undergoes a phase transformation into the CaCl2-type structure with space group Pnnm at 20 GPa and CaCl2-type structure of this material undergoes another phase transformation into the ?-PbCl2-type structure with space group Pnma. It was determined that the later transformation occurs following three intermediate phases with space groups P21/m, P21 and P212121. It was performed the total energy and enthalpy calculations to investigate conformity of the phase transitions obtained in this study with the experimental results. As a result of these calculations it was concluded that the first transformation should occurs around 9 GPa and the later around 35 GPa. It was seen that these results are in good agreement with literature. According to all our precisely literature investigations, it was concluded that the P21/m, P21 and P212121 intermediate phases obtained through second phase transformation were observed for the first time in this study.