Yüksek basınç altında TiO2 bileşiğinin faz geçişleri: AB Initio sabit basınç çalışması

Abstract

Bu çalışmada AB initio tekniği ve Genelleştirilmiş Gradyent yaklaşımı kullanılarak TiO2'nin yüksek basınç altındaki faz geçişleri çalışıldı. Çalışmada Siesta simülasyon paket programı kullanıldı. Uygulanan basınçlar 10 GPa adımlarla artırılarak 20 GPa' da yapının simetrisinin değiştiği gözlemlendi. Bu Kplot paket programı kullanarak simetrinin tetragonal rutil (P42/mnm) yapıdan ortorombik Pmn21 yapıya dönüştüğü gözlemlendi. Rutil birim hücre parametrelerinin a = 4,6056 Å, b = 4,6056 Å, c = 2,9788 Å ve Pmn21 birim hücre parametrelerinin de a = 2,9004 Å, b = 4,3773 Å, c = 4,5336 Å olarak bulunmuştur. Basınç artırılarak 30 GPa' ya çıkarıldığında yapının tekrar değiştiği ve ortorombik Pmn21 yapıdan badaleyt (P21/c) yapıya geçtiği görülmüştür ve birim hücre parametreleri a= 4,7365 Å, b = 4,6035 Å, c = 4,8923 Å olarak tespit edilmiştir. Ayrıca entalpi hesaplamalarına gidilerek Birch-Murnaghan durum eşitliği metodu kullanılarak faz geçişinin 11 GPa civarında olduğu basınç-entalpi grafiğinden elde edilmiştir. Deneysel olarak yapılan çalışmalarda bu değerin 12 GPa civarında olduğu bulunmuştur. Sonuç olarak, elde edilen değerlerin önceki deneysel ve teorik çalışmalarla kıyaslandığında uyumlu olduğu gözlenmiştir.

In this study, phase transition of TiO2 under high pressure was studied by using AB initio technique and Generalized Gradient approach. Siesta simulation program was used in the study. The applied pressures were increased in 10 GPa increments and the symmetry of the structure was observed in 20 GPa. It was observed that symmetry changed from tetragonal rutile (P42/mnm) structure to othorhombic Pmn21 structure using this Kplot package program. The parameters of rutile unit cell parameters were a = 4,6056 Å, b = 4,6056 Å, c = 2,9788 Å and Pmn21 unit cell parameters were also a = 2,9004 Å, b = 4,3773 Å, c = 4,5336Å. When the pressure was increased to 30 GPa, the structure changed again and it was observed that the orthorhombic Pmn21 structure passed to the baddeleyite (P21/c) structure and the unit cell parameters were found as a= 4,7365 Å, b= 4,6035 Å, c= 4,8923Å. In addition, enthalpy calculations were made using the Birch-Murnaghan state equation method and the phase transition was obtained from the pressure-enthalpy graph around 11 GPa. It was found to be around 12 GPa in experimental studies. As a result, it was observed that the obtained values were consistent with the previous experimental and theoretical studies.