ثابت‌هاي كشساني و تغييرات آنها با فشار در تركيب مكعبي 3PbTiO با استفاده از بسته محاسباتي IRelast در چارچوب نظريه تابعي چگالي

Elastic constants and their variation by pressure in the cubic PbTiO3 compound using IRelast computational package within the density functional theory

در اين مقاله خواص ساختاري و الكتروني بلور مكعبي تركيب 3PbTiO با استفاده از نظريه تابعي چگالي مورد بررسي قرار گرفته ­اند. محاسبات مربوط به ساختار نواري و چگالي حالت­ ها با استفاده از تابعي TB-mBJ و با در نظر گرفتن برهم­كنش نسبيتي اسپين- مدار انجام شده ­اند. نتايج به دست آمده از تابعي TB-mBJ و برهم­كنش نسبيتي اسپين- مدار نشان مي ­دهند كه گاف نواري محاسبه شده برابر 2/18 eV است. با به كارگيري تقريب­هاي PBE-GGA، PBEsol-GGA، LDA، 91BPW، Engel-Vosko و WC-GGA و با استفاده از بسته محاسباتي جديد IRelast با قابليت محاسبه ثابت­ هاي كشساني ساختارهاي بلوري كه به تازگي به كدk WIEN 2اضافه شده است، به محاسبه مقادير ثابت ­هاي كشساني اين بلور پرداخته و با كمك آنها، ساير پارامترهاي مرتبط همچون ثابت برشي، مدول حجمي، مدول يانگ و نسبت پواسون را محاسبه كرده ­ايم. همچنين، ضريب شكل­ پذيري را نيز براي اين تركيب محاسبه كرده­ ايم. ضريب شكل ­پذيري محاسبه شده نشان مي­ دهد كه بلور مورد نظر شكننده نيست و شكل­ پذير است. بررسي اثر فشار روي ثابت­ هاي كشساني نشان مي­دهد كه هر سه ثابت كشساني 11C، 12C و 44C با افزايش فشار در بازه در نظر گرفته شده افزايش مي­ يابند. همچنين، سرعت ­هاي صوت طولي و عرضي با استفاده از ثابت­ هاي كشساني براي اين بلور محاسبه شده ­اند. نتايج نشان مي ­دهند كه سرعت­ هاي صوت نيز همانند ثابت­ هاي كشساني با افزايش فشار افزايش مي ­يابند.

In this paper, we study the structural and electronic properties of the cubic PbTiO3 compound by using the density functional theory. For the calculation of band structure and density of states, we use the modified Becke–Johnson exchange potential proposed by Tran and Blaha (TB-mBJ), including the relativistic spin-orbit coupling (SOC). The results obtained from TB-mBJ functional and SOC calculations show that the calculated band gap is 2.18 eV. IRelast computational package is very recently implemented into the WIEN2k code and can be used to calculate the elastic constants of the crystal structures, where IR stands for Iran. We calculate the elastic constants of this compound by the IRelast code using the PBE-GGA, PBEsol-GGA, LDA, BPW91 and Engel-Vosko functionals. Then, by these elastic constants, we obtain some other related physical quantities such as shear constant, bulk modulus, Young’s modulus and Poisson’s ratio. Furthermore, we calculate the ductility of the compound under question. The calculated ductility shows that our compound is formable and not fragile. The effect of pressure on the elastic constants shows that C11, C12 and C44 are increased as the pressure is raised inside the considered pressure interval. Furthermore, the longitudinal and transverse sound velocities are derived for the compound using its calculated elastic constants. The results, therefore, show that the sound velocities, like elastic constants, are increased as pressure is raised