Theoretical Study of Structural and Dynamical Properties of Liquid Ag74Ge26 Alloys Using Pseudopotential Method

The theoretical study for static structure factor and pair correlation function of liquid Ag74Ge26 at various temperatures computed using Ashcroft and Langreth binary structure factor method. The present calculated of pair correlation function g(r) used for the study of dynamical properties such as velocity auto correlation functions (VACF) and mean square displacement (MSD) of the liquid Ag74Ge26 alloy will be presented based on the static harmonic well approximation. The effective interaction of the liquid is computed by our well recognized local model pseudopotential along with the local field correlation function Sarkar et al. (S). Good agreement with experimental and ab initio molecular dynamic simulation is observed for the structure factors and pair correlation functions. The obtained results of the negative dip in velocity auto correlation decrease as the various temperatures is increased and MSD concludes that the vibrating component in the atomic motion decreases as increases the temperatures. Velocity auto correlation showing the transferability of the local pseudopotential used for the liquid environment in the shell of liquid Ag74Ge24 binary alloys

Structural study of liquid rare earth metals from charged hard sphere reference fluid

The present article deals with the investigation of structure factor, s(q) ; radial distribution function, g(r) and interatomic distance, r₁ of liquid rare earth metals, Nd, Dy, Ho, Er and Lu by adopting Charged Hard Sphere (CHS) reference fluid. To describe electron-ion interaction, our well established model potential along with the dielectric function due to Taylor is used. Good agreement between present and experimental findings is concluded.В даній статті вивчаються структурний фактор s(q) , радіальна функція розподілу g(r) і міжатомна відстань r₁ рідкоземельних рідких металів Nd, Dy, Ho, Er і Lu на основі флюїду заряджених твердих сфер. Для опису взаємодії електрон-іон використовується наш модельний потенціал разом з діелектричною функцією Тейлора. Робиться висновок про добре узгодження отриманих результатів з експериментальними

Thermodynamic properties of liquid alkali metals

The internal energy, entropy and Helmholtz free energy of liquid alkali metals, viz. Na, K, Rb and Cs are investigated using pseudopotential perturbation scheme based on Gibbs-Bogoliubov variational technique. A local pseudopotential is applied to describe the electron-ion interaction in the liquid alkali metals. To introduce the exchange and correlation effects, the local field correction function proposed by Taylor is employed. The computed values for internal energy, entropy and Helmholtz free energy for the liquid alkali metals are in excellent agreement with the experimental data.Внутрішня енергія, ентропія та вільна енергія Гельмгольца рідких лужних металів (Na, K, Rb і Cs) вивчається в рамках підходу збурених псевдопотенціалів, що базується на варіаційній техніці Гіббса-Боголюбова. Для опису електрон-іонної взаємодії в рідких лужних металах застосовано локальний псевдопотенціал. Обмінні та кореляційні ефекти представлено з використанням запропонованої Тейлором функції, що враховує поправку на локальне поле. Отримані значення внутрішньої енергії, ентропії та вільної енергії Гельмгольца для рідких лужних металів чудово узгоджуються з експериментальними даними

Some physical properties of Si₁₋xGex solid solutions using pseudo-alloy atom model

Some electronic, thermodynamical and mechanical properties of Si1-xGex solid solution with an arbitrary (atomic) concentration (x) are studied using the pseudo-alloy atom model. This work is based on the pseudopotential theory of covalent crystals and on the higher-order perturbation scheme with the application of our proposed model potential. We have used the latest local field correction function proposed by Sarkar et al. alongwith other four local-field correction functions of Hartree, Taylor, Utsumi et al. and Farid et al. to study Si-Ge system. The total energy of the Si1-xGex solid solutions is investigated and compared with available experimental data. The calculated numerical values of the heat of solution for Si-Ge system are small and positive. The positive sign of the heat of solution predicts that, at low temperatures, the phase mixture will be more stable than the disordered solid solution. Like the case of simple metals, it is seen that a graph of the ratio of the heat of formations and x(1−x) against x is linear. The bulk modulus of Si1-xGex is also investigated with different concentrations x of Ge. We have found in the present study that the bulk modulus decreases linearly with an increase in the concentration x

Lattice Dynamic and Thermophysical Properties of AlSi (Silumine) Alloy: A DFT Study

The present paper reports a comprehensive first-principles calculation of the structural, electronic and thermophysical properties of B1, B2 and B3 phases of AlSi (Silumine) alloy using plane-wave pseudopotential density functional theory (DFT). PAW type pseudopotential with the exchange correlation of Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) are used to compute properties of B1, B2 and B3 phases of AlSi alloy. Our computed equilibrium lattice constants are in excellent agreement with the reported results. To investigate the structural phase transitions beween different phases of AlSi alloy, volume dependence of energy and pressure dependence of enthaply are studied for B1, B2 and B3 phases of AlSi alloy. Further, the electronic band structure along with the total electronic density of states of B1, B2 and B3 phases of AlSi alloy are calculated at the ground states. Behaviour of the total electronic density of states of B1, B2 and B3 phases of AlSi is also studied with the increase in pressure up to 100 GPa. In addition, various finite temperature/pressure thermophysical properties such as the room temperature thermal equation of state, isothermal bulk modulus, coefficient of thermal expansion, heat capacity at constant volume and pressure, Debye temperature and Grüneisen parameter are computed for B1, B2 and B3 phases of AlSi alloy using quasi harmonic Debye model. Conclusions based on the structural, electronic and thermophysical properties of B1, B2 and B3 phases of AlSi alloy are summarized

Ground State Stability and Thermal Properties of ErCu Using First Principles Study

We have investigated elastic, vibrational and thermal properties of B2 type ErCu intermetallic compound using density functional theory (DFT). The positive phonon frequencies reflect the dynamical stability of ErCu intermetallic compound in the B2 type cubic structure phase. Furthermore, the density functional perturbation theory (DFPT) as implemented in quasi-harmonic approximation (QHA) was used for the calculation of thermal properties such as vibrational energy ΔF, entropy S, internal energy ΔE and constant-volume specific heat Cv of the ErCu. The entropy of ErCu is ~ 18 J∙K – 1∙mol – 1 that concluded that, the ErCu compound is not harder compound. The computed Poisson’s ratio (σ), Young’s modulus (E), bulk modulus (B) and shear modulus (GH) are 0.30, 66.65 GPa, 62.99 GPa and 25.18 GPa respectively. The B/GH ratio is 2.50, which confirmed the good ductility of ErCu intermetallic compound

Structure and collective dynamics of liquid sodium

The temperature variation of the longitudinal and transverse phonon frequencies of liquid sodium is investigated using the approach by Hubbard Beeby. The molecular dynamics simulation is used to generate the pair correlation function of liquid sodium at various temperatures viz. T = 378 K, 473 K, 573 K, and 723 K, with 672 particles. To describe the electron-ion interaction our own model potential is employed along with a recent local field correction function due to Sarkar et al. To evaluate the parameter of the potential the zero pressure condition has been applied. The present results of g(r) are in good agreement with available experimental findings. The computed g(r) are used to investigate the temperature variation of the collective dynamics of liquid sodium. The amplitudes of the peaks of the longitudinal and transverse frequencies are suppressed while the width of the propagation gap for the transverse sound waves decreases with an increase in temperature. The computed longitudinal and transverse sound velocities at these temperatures are found to be encouraging.За допомогою методу Габбарда-Бiбi дослiджувалась температурна залежнiсть повздовжньої та поперечної фононних частот рiдкого натрiю. Парна кореляцiйна функцiя рiдкого натрiю була запропонована при рiзних температурах, а саме T = 378 K, 473 K, 573 K та 723 K, застосовуючи метод молекулярної динамiки для 672 частинок. Опис електрон-iонної взаємодiї здiйснювався за допомогою запропонованого авторами модельного потенцiалу, доповненого функцiєю Серкара та iн., що описує поправку на локальне поле. Щоб оцiнити параметр потенцiалу, була застосована умова нульового тиску. Отриманi результати для g(r) добре узгоджуються з експериментальними даними. На основi обчисленої g(r) вивчалась температурна залежнiсть колективної динамiки рiдкого натрiю. Показано, що з пiдвищенням температури амплiтуди максимумiв повздовжньої i поперечної частот понижуються, а ширина пропагаторної щiлини для поперечних акустичних хвиль звужується

Thermal rectification and thermal resistive phase cross over in exponential mass graded materials

Concept of the functional graded materials (FGMs) has been explored by considering exponential mass variation along the chain of anharmonic oscillators in the study of heat transport at low dimensions. This exponential distribution of mass along the space invokes the diffusion of phonons transport which results to temperature gradient, asymmetric heat flow, thermal rectification and cross over between positive differential thermal resistance (PDTR) and negative differential thermal resistance (NDTR) in one-dimensional (1D) exponential mass graded chain. The temperature dependence thermal rectification achieved is 4−74% and also predicted that the thermal rectification can be controlled by tuning the higher and lower average temperature limits of two thermal reservoirs. It is also seen that in FGMs, the thermal conductivity does not change drastically against the average temperature of two heat baths. The cross over between PDTR and NDTR can be tuned either by mass ratio of one dimensional (1D) exponential mass graded anharmonic chain and/or by temperature difference between two heat baths. The figure of merit of the 1D structure can also be tuned by mass gradient, the higher mass gradient material will work as the potential candidate for better thermoelectric material

Динаміка та механічні властивості решітки золота та срібла з використанням безпараметричного псевдопотенціалу

У статті локальна форма псевдопотенціалу використовується для вивчення динаміки та деяких механічних властивостей решітки золота та срібла. Ми розглядали параметри псевдопотенціалу rc та rm як експериментальні радіуси, щоб зробити поточний псевдопотенціал безпараметричним, і тому наша модель не вимагала жодного коригування параметрів. Для обох металів наведено обчислені результати кривих дисперсії фононів, фактору Дебая-Воллера, середньоквадратичного зміщення, питомої теплоємності, ізотермічного об’ємного модуля та температури Дебая. Наші теоретичні результати відповідають експериментальним даним, і в цілому досягається гарне узгодження з доступними експериментальними результатами.In the present communication, the local form of the pseudopotential is employed to study the lattice dynamics and some mechanical properties of the gold and silver lattice. We have treated pseudopotential parameters rc and rm as experimental radii to make present pseudopotential parameter-free and so our model does not require any adjustment of parameters. The computed results of phonon dispersion curves, Debye-Waller factor, mean square displacement, specific heat, isothermal bulk modulus and Debye temperature are reported for both metals. Our theoretical results are in accordance with experimental trend and overall good agreement is achieved when compared with available experimental findings

Перенесення тепла в одновимірному димерному ланцюгу

Явище перенесення тепла через одновимірний димерний ланцюг є важливим для розвитку нового покоління дрібномасштабних теплових приладів. Теплопровідність в одновимірній дво-компонентній структурі (подібної до димеру) вивчається за допомогою моделювання нерівноважної молекулярної динаміки. У цьому дослідженні розглядаються такі димери як AB….BA та BA….AB. В структурі ми взяли усього 11 шарів, і кожен шар має 20 осциляторів. Загальна кількість осциляторів цілого ланцюга становить N = 220. Крайні кінці димерного ланцюга з'єднані з тепловою ванною Ланжевена, щоб підтримувати постійну температуру на обох кінцях. Потенціал FPU-β використовується для обчислення міжмолекулярного потенціалу з β = 1. Температурний профіль, тепловий потік і теплопровідність вивчаються як функції маси осцилятора MB (0,1; 0,2 … 0,8; 0,9) у шарі B. Маса кожного осцилятора у шарі А зберігається постійною і рівною MA = 1.0, де MB < MA. Градієнт температури та термічний опір на кожному інтерфейсі розраховуються для обох димерних структур. Збільшення маси осцилятора шару В призводить до збільшення теплового потоку та теплопровідності структур. Виявлено, що ABABABABABA є більш теплопровідною структурою, ніж структура BABABABABAB. Таким чином, димер ABABABABABA є кращим теплопровідником, тоді як димер BABABABABAB є кращим термоелектричним матеріалом.The thermal transport phenomenon through one-dimensional dimer chain is important for the development of a new generation of small-scale thermal devices. The heat conduction in one-dimensional two component (dimer like) structures is studied using Non Equilibrium Molecular Dynamics Simulation (NEMDS). The dimers like AB …. BA and BA …. AB are considered in the present study. We have taken total 11 layers in the structure and the each layer has 20 oscillators in it. The number of total oscillators of the whole chain is N = 220. The extreme ends of the dimer chains are connected with Langevin heat bath to keep constant temperature on both ends. The FPU-β potential is used to calculate the intermolecular potential with β = 1. The temperature profile, heat flux and thermal conductivity are studied as functions of mass of an oscillator MB (0.1, 0.2 … 0.8, 0.9) in layer B. The mass of each oscillator in layer A is kept constant as MA = 1.0, where MB < MA. The temperature gradient and interface thermal resistance at each interface are calculated for both dimer structures. The increase in mass of an oscillator of layer B leads to an increase in heat flux and thermal conductivity of the structures. It is observed that the ABABABABABA structure is more heat conductive structure than the BABABABABAB structure. Thus, ABABABABABA dimer is better thermal conductor while BABABABABAB dimer is better thermoelectric material