Характеристики поверхности щелочных металлов с учетом дискретности кристаллической решетки и фриделевских осцилляций электронной плотности

Проведен расчет влияния дискретности кристаллической решетки на характеристики поверхности щелочных металлов в рамках метода функционалов плотности. Электронная плотность в приповерхностной области смоделирована пробными функциями распределения, которые учитывают фриделевские осцилляции. Проведен самосогласованный расчет поверхностной энергии с учетом градиентных поправок на неоднородность электронного газа для кинетической энергии. Определены поверхностные характеристики - работа выхода и высота потенциального барьера. Построены эффективные потенциалы для выбранных металлов. Учет дискретности кристаллической решетки выполнен в рамках теории возмущений. Реальные потенциалы ионов аппроксимированы псевдопотенциалом Ашкрофта. Для анализа учета дискретности все характеристики поверхности металла получены в двух вариантах: с учетом и без учета вклада кристаллической решетки.

Литература

[1] Kvaal S., Helgaker T. Ground-state densities from the Rayleigh - Ritz variation principle and from density-functional theory // J. Chem. Phys. 2015. Vol. 143. No. 18. DOI: 10.1063/1.4934797 URL: http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.4934797

[2] Burke K. Perspective on density functional theory // J. Chem. Phys. 2012. Vol. 136. No. 15. P. 10. DOI: 10.1063/1.4704546 URL: http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.4704546

[3] Kryachko E.S., Ludena E.V. Density functional theory: Foundation reviewed // Phys. Rep. - Sect. Phys. Lett. 2014. Vol. 544. No. 2. P. 123-239.

[4] Глушков В.Л., Еркович О.С. Метод многочастичных функционалов плотности в описании двухкомпонентных систем // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2011. № 1. С. 33-39.

[5] Еркович О.С. Описание свойств электронного газа вблизи поверхности металла методом многочастичных функционалов плотности с учетом периодической структуры металла // Инженерный журнал: Наука и инновации. 2013. Вып. 8. DOI: 10.18698/2308-6033-2013-8-864 URL: http://engjournal.ru/catalog/fundamentals/physics/864.html

[6] Saravanan R., Rani M.P. Metal and alloy bonding: An experimental analysis. Charge density in metals and alloys. London: Springer, 2012. 151 p.

[7] Suryanarayana C. Experimental techniques in materials and mechanics. CRC Press, Taylor & Francis Group, 2011. 430 p.

[8] Stalke D. Meaningful structural descriptors from charge density // Chem. Eur. J. 2011. Vol. 17. No. 34. P. 9264-9278. DOI: 10.1002/chem.201100615 URL: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/chem.201100615/full

[9] Глушков В.Л., Еркович О.С. Энергетические характеристики поверхностей щелочных металлов с учетом фриделевских осцилляций электронной плотности // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. 2014. Вып. 4. С. 9-18.

[10] Партенский М.Б. Самосогласованная электронная теория металлической поверхности // УФН. 1979. Т. 128. № 1. С. 69-106. DOI: 10.3367/UFNr.0128.197905c.0069

[11] Smith J.R. Self-consistent theory of electron work functions and surface potential characteristics for selected metals // Phys. Rev. 1969. Vol. 181. No. 2. P. 522-529. DOI: 10.1103/PhysRev.181.522 URL: https://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.181.522

[12] Вакилов А.Н., Мамонова М.В., Матвеев В.В., Прудников В.В. Теоретические модели и методы в физике поверхности. Омск: Изд-во ОмГУ, 2005. 212 с.

[13] Kiejna A., Wojciechowski K.F. Metal surface electron physics. Oxford: Alden Press, 1996. 303 p.

[14] Zhao Y., Truhlar D.G. Density functionals with broad applicability in chemistry // Acc. Chem. Res. 2008. Vol. 41. No. 2. P. 157-167. DOI: 10.1021/ar700111a URL: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ar700111a

[15] Jacob C.R., Neugebauer J. Subsystem density-functional theory // WIREs: Computational Molecular Science. 2014. Vol. 4. No. 4. P. 325-326. DOI: 10.1002/wcms.1175 URL: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/wcms.1175/full

[16] Lang N.D., Kohn W. Theory of metal surfaces: Charge density and surface energy // Phys. Rev. B. 1970. Vol. l. No. 12. P. 4555-4568. DOI: 10.1103/PhysRevB.1.4555 URL: https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.1.4555

[17] Giustino F. Materials modelling using density functional theory: Properties and predictions. Oxford University Press, 2014. 303 p.

[18] Sholl D., Steckel J.A. Density functional theory: A practical introduction. Wiley, 2009. 252 p.

[19] Cohen A.J., Mori-Sanchez P., Yang W.T. Challenges for density functional theory // Chem. Rev. 2012. Vol. 112. No. 1. P. 289-320. DOI: 10.1021/cr200107z URL: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cr200107z

[20] Pevarati R., TruUar D.G. M11-L: A local density functional that provides improved accuracy for electronic structure calculations in chemistry and physics // J. Phys. Chem. Lett. 2012. Vol. 3. No. 1. P. 117-124. DOI: 10.1021/jz201525m URL: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jz201525m

[21] Lang N.D., Kohn W. Theory of metal surfaces: Work function // Phys. Rev. B. 1971. Vol. 3. No. 4. P. 1215-1223. DOI: 10.1103/PhysRevB.3.1215 URL: https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.3.1215

[22] Cramer C.J., Truhlar D.G. Density functional theory for transition metals and transition metal chemistry // Phys. Chem. Chem. Phys. 2009. Vol. 11. No. 46. P. 10757-10816. DOI: 10.1039/b907148b

[23] Матвеев А.В. Обобщенная модель поверхностной сегрегации с учетом диэлектрических свойств среды: щелочные металлы и сплавы // Вестник Омского университета. 2013. № 4. С. 91-101.

[24] Konig T., Simon G.H., Rust H.P., Heyde M. Work function measurements of thin oxide films on metals-MgO on Ag(001) // J. Phys. Chem. C. 2009. Vol. 113. No. 26. P. 11301-11305. DOI: 10.1021/jp901226q URL: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp901226q

[25] Schimka L., Gaudoin R., Kimes J., Marsman M., Kresse G. Lattice constants and cohesive energies of alkali, alkaline-earth, and transition metals: Random phase approximation and density functional theory results // Phys. Rev. B. 2013. Vol. 87. No. 21. P. 214102-1-214102-8. DOI: 10.1103/PhysRevB.87.214102 URL: https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.87.214102