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Previous issue date: 2006-05-04 / Financiadora de Estudos e Projetos / The main subject of this work is to simulate structural and dynamical properties
of MeO type alkaline-earth oxides, where Me is an element of the family 2 (Me = Ca,
Sr and Ba). The use of the Molecular Dynamics method (MD) was implemented in
isobaric-isoenthalpic ensemble (N, P, H), in which the volume is a dynamical variable,
in order to study the effect of the pressure and the temperature on such materials. The
interaction potential between atoms consists of a pair potential, known as Vashishta-
Rahman potential, characterized by terms that represent the steric repulsion, the
Coulomb interactions due to charge transfer, the induced charge-dipole interaction
due to the large electronic polarizability of the ions, and the last is the van der Waals
dipole-dipole interaction. The simulations had been carried out for the three systems
composed of 1728 atoms, 864 Me− type atoms and 864 oxygen O . The study of
the temperature dependence is carried through the heating of such systems with a
rate 4.59 K/ps and, after to reach the solid-liquid phase transistion, each system was
submitted to cooling with the same rate that it was heated. Through the trajectories
in the phase space it was possible to calculate the density of vibrational states, the
pair distribution function, from which it was possible to determine the behavior of
the Debye-Waller factor, and the temperature and pressure frequency coefficients for
each material.
The effect of the hydrostatic pressure on the systems was studied through the
implementation of the statical and dynamical calculations. In the first study is possi-
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ble to determine the energetic sequency of the allotropic forms, the cohesivy energies,
bulk modules, lattice parameters for each phase of each material. The static pressures
of structural phase transistion, between the B1(N aCl) and B2(CsCl) phases, for calcium
(CaO), strontium (SrO) and barium (BaO) oxides, were 71.5 GP a, 34 GP a
and 105 GP a, respectively. Through the dynamic application of hydrostatic pressure
to the systems, the structural phase transformations were observed from B1(N aCl)
to B2(CsCl) phases, around 100 GP a, 90 GP a and 220 GP a for calcium (CaO),
strontium (SrO) and barium (BaO) oxides, respectively. The confirmation of the
structural phase transformations was given by the changes in the coordination number
from 6 to 8 (MeO), in the bond angles (O − Me − O) −type from 90◦ and 180◦,
B1(N aCl) phase, to 70◦, 109◦ and 180◦ (O − Me − O), which are the characteristic
angles of the B2(CsCl) phase, and by the change in the pair distribution functions
from the characteristic peaks of the B1(N aCl) phase to the characteristic peaks of the
B2(CsCl) phase. A comparison with the experimental results in literature is made
in order to validate our results. / Este trabalho objetiva discutir as propriedades estruturais e dinâmicas relacionadas
com os óxidos alcalino-terrosos do tipo MeO, onde Me é um elemento da família 2A
(Me = Ca, Sr e Ba). A utilização do método de Dinâmica Molecular (DM) se dá no
ensemble isobárico-isoentálpico (N, P, H), no qual o volume é considerado como uma
variável dinâmica, a fim de estudarmos os efeitos da pressão e da temperatura sobre
tais materiais. Para tanto, é proposto um potencial de interação entre os átomos que
consiste em um potencial de pares, conhecido como potencial de Vashishta-Rahman,
caracterizado por termos que levam em consideração as interações de repulsão estereométrica,
de Coulomb, carga-dipolo e de Van der Waals.
As simulações foram realizadas sobre três sistemas compostos por 1728 átomos, dos
quais 864 átomos são de Me e 864 átomos são de oxigênio O. O estudo da dependência
com a temperatura é realizado através do aquecimento de tais sistemas a uma taxa de
4.59 K/ps e, após atingir a transição de fase sólido-líquido cada sistema é submetido
a umresfriamento coma mesma taxa coma qual foi aquecido. Através das trajetórias
no espaço de fase é possível calcular a densidade de estados vibracionais, as funções
de distribuição de pares, de onde é possível determinar o comportamento do fator de
Debye-Waller, e os coeficientes de freqüência com a temperatura e pressão para cada
material em estudo.
Os efeitos da pressão hidrostática sobre os sistemas são estudados através da
implementação dos cálculos estático e dinâmico. No primeiro estudo é possível deter-
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minar a sequência energética das formas alotrópicas, as energias de coesão, módulo
volumétrico, parâmetros de rede para cada fase de cada material. As pressões estáticas
de transição de fase estrutural, entre as fases B1(N aCl) e B2(CsCl), para os
óxidos de cálcio (CaO), estrôncio (SrO) e bário (BaO) foram de 71.5 GP a, 34 GP a
e 105 GP a, respectivamente. Através da aplicação dinâmica de pressão hidrostática
nos sistemas, são observadas as transformações de fase estrutural, obtidas dinamicamente,
da fase B1(N aCl) para a fase B2(CsCl), em torno de 100 GP a, 90 GP a
e 220 GP a para os óxidos de cálcio (CaO) , estrôncio (SrO) e bário (BaO) respectivamente.
A confirmação das transformações de fase estrutural é dada através das
mudanças no número de coordenação de 6 para 8 (MeO), dos ângulos de ligação do
tipo O −Me−O que apresentaram os valores característicos da fase B1(N aCl) de 90◦
e 180◦ e conforme os sistemas são submetidos à aplicação de pressão, seus ângulos se
deslocam para 70◦, 109◦ e 180◦ (O − Me − O) , que são os ângulos característicos da
fase B2(CsCl), e das funções de distribuição de pares onde há um deslocamento dos
picos característicos da fase B1(N aCl) para os picos característicos da fase B2(CsCl).
A comparação com os resultados experimentais relatados na literatura é feita de modo
a validar nossos resultados.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/4896 |
| Date | 04 May 2006 |
| Creators | Oliveira, Rita de Cássia Mota Teixeira de |
| Contributors | Rino, José Pedro |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Física, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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