Etude ab-initio des propriétés structurales, élastiques et thermodynamiques des spinelles GeMg2O4 et GeZn2O4

Abstract

Les propriétés structurelles, élastiques et thermodynamiques de deux principaux représentants des oxydes spinelles GeMg2O4 et GeZn2O4 ont été calculés par la méthode du potentiel complet - ondes planes augmentées et linéarisées (FP-LAPW basée sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Les paramètres structurels, incluant le paramètre du réseau (a), le module compressibilité (B) et sa dérivée par rapport à la pression (B') et le paramètre interne (u) de l'atome d'oxygène, des composés considérés sont calculés en utilisant la LDA et la GGA-PBE pour traiter le potentiel d'échange-corrélation. Pour une bonne description du comportement mécanique des matériaux considérés, nous avons calculé d’abord leurs constantes élastiques en état monocristallin, i.e., les constantes élastiques anisotropes ij C . Les valeurs numériques obtenues pour les ij C ont été ensuite employées pour quantifier l’anisotropie élastique des systèmes étudiés, vérifier leurs stabilité mécanique dans la structure spinelle et ainsi pour déterminer les vitesses d’ondes acoustiques suivant les directions principales. En utilisant toujours les valeurs des ij C et en se basant sur l’approximation de Voigt-Reuss-Hill, nous avons exploré les propriétés élastiques des composés étudiés en état polycristallin: les modules d’élasticité isotropes (module de compressibilité B, module de cisaillement G, module de Young E et rapport de poisson  ). L’étude des propriétés élastiques a été complétée par le calcul des vitesses d’ondes acoustiques isotropes et la température de Debye. Les évolutions du paramètre du réseau cristallin (a), le module de compressibilité (B), le coefficient d’expansion thermique (α), les capacités calorifiques (CV et CP) et la température de Débye ( )  D en fonction de la température dans la plage 0-1600K et la pression dans la plage 0-30 GPa sont calculées en utilisant le modèle quasi harmonique de Debye implémenté dans le programme GIBBS. Les résultats de la présente étude sont comparés avec les données expérimentales et théoriques disponibles dans la littérature scientifique pour tester la fiabilité de nos résultats.