AmO从头开始计算gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}年青一代和gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}材料gydF4y2Ba

文摘gydF4y2Ba

线性化增强平面波(LAPW)方法在广义梯度近似(GGA)基于密度泛函理论(DFT)是用于调查的性质锕系元素氧化物如AmO2和PuO2萤石结构。这个礼物的行为的研究工作5 f投资和锕系元素的完全相对论在手性耦合gydF4y2Ba化合物gydF4y2Ba。的价值AmO2和PuO2材料的费米能级是0.80561和0.78551 eV,分别。自旋相关的结构表明,能源十字架显示了两种材料的费米能级gydF4y2Ba金属gydF4y2Ba在自然界中。晶体场分割显示能源缺口和t2g状态。晶体场分裂的价值是3.2和4.6 eV AmO2和PuO2分别。gydF4y2Ba

关键字gydF4y2Ba

锕系元素;核化合物;AmOgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}年青一代和gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba};结构和磁性材料gydF4y2Ba

介绍gydF4y2Ba

次要锕系元素(如Np、我和Cm)积累在核反应堆寿命视为最重要的部分gydF4y2Ba放射性废物gydF4y2Ba。提出了新一代核反应堆的燃烧以减少所需的体积浪费的建议(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。锕系元素的基础材料拥有有趣的物理行为由于5 f电子的存在,吸引了广泛的关注gydF4y2Ba2 gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba8gydF4y2Ba]。观察高能峰的非弹性中子散射截面是一个明确的迹象的局部性质5 f州(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。核材料的腐蚀行为是经常不寻常的和难以解释,因为复杂的电子结构的锕系元素和放射性元素。钚元素(Pu)是活性金属的表面容易氧化钚二氧化碳(年青gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba})当暴露在空气和水分gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]。年青gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}化学氧化稳定的聚氨酯,丝毫没有反应的迹象当暴露在空气中gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。锕系元素化合物的化学性质的特征不仅仅是5 f电子也6 d或7 s电子,所以它是非常复杂的澄清他们的行为。因此,了解镅价态的氧化(Am)核燃料管理的一个关键问题是氧化物核燃料。评价我的行为在氧化物核燃料,当地大约是原子和电子结构提供必不可少的信息,因为我强烈影响的价态的化学势氧气和燃料的热性能(gydF4y2Ba12gydF4y2Ba,gydF4y2Ba13gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

(AmO的不同物理性质gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba})自1969年以来一直在研究实验gydF4y2Ba13gydF4y2Ba,gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]。镅和持久的无线电高毒性,可能会导致一些问题尤其是在长期的安全问题对放射性废物的最终处置。因此,更好的回收到反应堆,转化成稳定的盒子核素。因此,Am-containing氧化物被认为是有前途的转化设备(gydF4y2Ba15gydF4y2Ba,gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]。在MAs中,镅提出了一个大问题,因为极高的氧势Am-containing氧化物(gydF4y2Ba17gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba21gydF4y2Ba]。他们的氧势是不可或缺的数据安全照射在一个反应堆。其中,(Pu、点)OgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}氧化- x是一种候选的Am-containing都快反应堆(gydF4y2Ba17gydF4y2Ba)和加速器驱动的亚临界系统(gydF4y2Ba22gydF4y2Ba]。因此,重要的是要评估马氧化物的性质。然而,只有一个小小的马氧化物的属性信息;除了有限的几个属性,或者一个小的温度范围。这是因为与高辐射领域相关的困难。将广泛应用以来,回收燃料在未来,有必要开发一种新的技术来评估马氧化物的热物理性质,最近,次要锕系元素(MAs),尤其是,变得特别关注为未来建立一个兼容的核燃料循环要求减少环境负担和可持续的能源供应gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]。减少潜在的长期危害的放射性废物,MAs的转变,是被认为是一个重要的选择对未来核燃料循环(gydF4y2Ba24gydF4y2Ba]。的框架内研究核废料嬗变,重要的是要研究的化学热力学性质(等)次要锕系元素(MA)的化合物。次要锕系元素氧化物gydF4y2Ba复合材料gydF4y2Ba与分别与UO或固体的解决方案gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}或稳定ZrOgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}被认为是作为燃料转化(gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]。因此,当地大约是原子和电子结构的氧化物燃料提供必不可少的信息因为我强烈的价态的氧势和热性能影响MA-MOX燃料(gydF4y2Ba24gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

在这项研究中我们集中在基本性质与不同状态年代,p, d和f,但我们的主要重点是5 f电子。锕系元素的材料都进行了广泛的研究由于其有趣的物理行为5 f州和总是尤其引人注意,因为它们的重要性在核燃料循环gydF4y2Ba26gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba]。钚混合氧化物(氧化物)有几个不同的同位素衰变常数。在当前工作晶格常数,电子、散装模,带结构,总及锕系元素氧化物的局部态密度计算使用线性化增强平面波(LAPW)。gydF4y2Ba

计算方法gydF4y2Ba

为了调查年青一代的结构和电子性质gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}和AmOgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}在基态,我们先做执行原则模拟进行了使用WIEN2k代码(gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba]。在这个工作中,线性化潜力增强平面波(FP-LAPW)方法(gydF4y2Ba32gydF4y2Ba]在广义梯度近似(GGA) [gydF4y2Ba33gydF4y2Ba)用于解决Kohn-Sham方程,来估计结构、电子和年青的磁性gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}AmO,gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}。线性化增强飞机波浪(LAPW)和增强平面波与当地轨道(APW + lo)作为基础,因为一个混合的最高效率存在基础。钚(6 sgydF4y2Ba^{2 gydF4y2Ba}7 sgydF4y2Ba^{2 gydF4y2Ba}6 pgydF4y2Ba^6gydF4y2Ba6 dgydF4y2Ba^{2 gydF4y2Ba}5 fgydF4y2Ba^6gydF4y2Ba)、镅(6 sgydF4y2Ba^{2 gydF4y2Ba}7 sgydF4y2Ba^{2 gydF4y2Ba}6 pgydF4y2Ba^6gydF4y2Ba6 dgydF4y2Ba^{2 gydF4y2Ba}5 fgydF4y2Ba^7gydF4y2Ba铀(6 s)gydF4y2Ba^{2 gydF4y2Ba}7 sgydF4y2Ba^{2 gydF4y2Ba}6 pgydF4y2Ba^6gydF4y2Ba6 dgydF4y2Ba^15gydF4y2BafgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba)和氧(2 s2 p4)处理价状态。对量子力学的理解,密度泛函理论(gydF4y2Ba34gydF4y2Ba,gydF4y2Ba35gydF4y2Ba)计算已经由雇佣当地密度近似(LDA) (gydF4y2Ba36gydF4y2Ba)来描述电子交换和关联或广义gydF4y2Ba梯度gydF4y2Ba近似(gydF4y2Ba37gydF4y2Baexchange-correlation功能](GGA)。Semi-core州包括,这样可以获得更准确的结果。gydF4y2Ba

exchange-correlation潜在的我们使用的形式派生Perdew et al。gydF4y2Ba38gydF4y2Ba]。基函数同时扩大为球面调和函数(在非重叠松饼罐(MT)领域集中在原子站点),面波在间质地区。对于ι-expansion(角量子数)的潜力和电荷密度太球体内部进行lιgydF4y2Ba_{马克斯gydF4y2Ba}= 10。飞机波扩展到截止参数,kgydF4y2Ba_{马克斯gydF4y2Ba},实现RMT k的关系gydF4y2Ba_{马克斯gydF4y2Ba}= 8,RMT平均半径的球体gydF4y2Ba

结果与讨论gydF4y2Ba

的电子性质gydF4y2Ba水晶gydF4y2BaAmOgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}年青一代和gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}材料是研究利用自旋极化电子能带结构与GGA方法。AmO的带隙结构计算gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}年青一代和gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}提出了材料gydF4y2Ba图1 a-2bgydF4y2Ba。它是清楚的gydF4y2Ba图1一个gydF4y2Ba的带隙存在3.2 eV AmO自旋向上的gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}。清楚地看到,费米能级穿过价带。这种交叉显示AmOgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}材料是金属在自然界中。年青一代的gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba},很明显的gydF4y2Ba图2一个gydF4y2Ba费米能级也穿过的价带和存在带隙2.8 eV高于费米能级,这表明年青gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}材料也是金属在自然界中。gydF4y2Ba图1 b和2 bgydF4y2Ba计算带结构的自旋的AmOgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}年青一代和gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba},分别。这些数据表明存在带隙旋转的1.6和0.01 eV AmOgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}年青一代和gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba},分别。这些数据表明,费米能级穿过价带。这些跨界车表明这些材料是金属在自然界的旋转。gydF4y2Ba

年青一代的理论研究gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}和AmOgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}材料显示,晶格常数的差异中可以清楚的看到这两个材料的带隙。多数的带隙旋转可以看到年青的3.2和2.8 eVgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}和AmOgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba},分别。多数的价值差异旋转这些材料是0.4 eV。对于少数旋转带隙是年青的1.6和1.0 eVgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}和AmOgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba},分别。年青一代不同的带隙gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}和AmOgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}是少数旋转0.6 eV。5 f这些在AmO锕系元素的电子态gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}年青一代和gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}材料的最大重叠由于贡献oxygen-2p状态。然而,这些值不同于年青一代的其他作品gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}(gydF4y2Ba39gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba44gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

年青一代计算自旋极化总态密度gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}和AmOgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}所示的gydF4y2Ba图3 a和bgydF4y2Ba,分别。年青一代的gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}从图,很明显,美国在能源范围-7.41 - -2.5 eV是由于不完全O-p状态的小贡献Pu-6d状态。因此,确保这一地区的多数贡献O-p状态。获得的电子状态显示金属特性相当5 f状态令人不安的在f 6电子的费米能级状态。有一个gydF4y2Ba能源gydF4y2Ba之间的转变是范围:1.25 - 2.8 eV。它可以观察到一个能量转变发生在导带是由于p的贡献的氧气在上述范围内。斥力可观测到的范围:2.9 - 9.8 eV O和聚氨酯的原子。对于AmOgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}类似的模式中可以看到的范围:-7.41 - -2.5 eV。这个地区的主要贡献是由于O-p状态和少数民族的贡献是由于6 d状态。因此,金属AmO的行为gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}材料可以观察到在这个地区因为5 f州令人不安的费米能级f-state 7电子的贡献。年青一代的可以看到类似的模式gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}这是由于6元的存在状态。唯一的变化f州中的峰值是由于不同的电子f-states年青gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}和AmOgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}材料。gydF4y2Ba

图4gydF4y2Ba携带的f-sates材料的比较。很明显从图的主要峰值是原子在-0.8到-0.65 eV。减少可以观察到从价带、导带和相移明显观察到导带。有一个小变形时发现材料发生相移。聚氨酯的峰值f-state转向的费米能级和感兴趣的因素是观察当它转向旋下来。窄隙0.6 eV Pu和0.15 eV时我发现它的相移。gydF4y2Ba

图5gydF4y2Ba表明有重叠Am-d Am-p州地区的氧气的-7.5到-2.5 eV和排斥也可以看到在这一地区所有国家。但有趣的结果中可以看到该地区1到2.6 eV。有一个突然的变化在费米能级的能量和减少。转变可以找到从一个转到另一个在上述地区,可以观察到同样的转变gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

图6显示有重叠Pu-p Pu-d州范围内的-7.5到-2.5 eV和排斥也可以观察到在这个地区的所有国家。有趣的结果是-1.0到2.6 eV。有一个突然的变化在费米能级的能量,它往往减少。在这一地区的转变可以找到从一个转到另一个自旋。gydF4y2Ba

这些材料的有趣的特性是描述的晶体场分裂两套简并度。这两个州是双重退化的egydF4y2Ba_ggydF4y2Ba州和三重简并的tgydF4y2Ba_{2 ggydF4y2Ba}所示的状态gydF4y2Ba图7和8gydF4y2Ba,分别。三个低轨道(dgydF4y2Ba_xygydF4y2BadgydF4y2Ba_xzgydF4y2Ba和dgydF4y2Ba_yzgydF4y2Ba)统称为tgydF4y2Ba_{2 ggydF4y2Ba}国家和两个高能轨道(dgydF4y2Ba_z2gydF4y2Ba和dgydF4y2Ba_x2gydF4y2Ba可能是gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}),如状态。总态密度是投射到原子d轨道。AmO的带宽gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}如国家3.5 eV和t2g状态是1.9 eV和集中在5.25和8.45 eV,分别。这两个中心之间的区别是3.2 eV AmO的晶体场分裂gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}材料。年青一代的带宽gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}如国家3.4 eV和t2g状态是4.7 eV和集中在4.7和8.16 eV,分别。这两个中心之间的区别是3.46 eV,年青一代的晶体场分裂gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}材料。AmO的晶格常数计算在这个研究gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}年青一代和gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}分别为5.3263和5.305。实验对AmO晶格常数是5.380和3.5401gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}年青一代和gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba},分别。这些计算值是AmO少1%gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}年青一代和少1.778%gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}与实验值(gydF4y2Ba45gydF4y2Ba,gydF4y2Ba46gydF4y2Ba]。这表明获得了类似的结果。这些计算的结果清楚地表明,金属5 f州被发现,换句话说,金属5 f州可能会影响表面化学与杂交或转移改变从/到电子状态(表1)。gydF4y2Ba

表1:gydF4y2Ba晶格常数计算值,大部分模,能带能量AmO2和年青gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}(gydF4y2Ba45gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba46gydF4y2Ba]gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

我们得出结论,AmO的费米能级gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}年青一代和gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}材料分别是0.80561和0.78551 eV。自旋相关的结构表明,穿过费米能级的能量,既显示了锕系元素氧化物在本质上是金属的。在AmO的情况下gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}材料,态密度的峰值(DOS),远离高传导带的费米能级年青一代相比gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}材料。当我们学习美国的材料,观察到一个有趣的特性是在旋转的相移,可以观察到明显的能隙年青一代的情况gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}AmO,gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}一个小缺口能源被发现。或多或少,所有属性的化合物都是一样的,除了5 f州,使得AmOgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}材料更加稳定和放射性年青一代相比gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}材料。晶体场分割显示能源缺口egydF4y2Ba_ggydF4y2Ba和tgydF4y2Ba_{2 ggydF4y2Ba}州。水晶字段的值分割是AmO 3.2和4.6 eVgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}年青一代和gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}材料,分别。gydF4y2Ba

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