Relaciones entre la estructura electrónica y las propiedades macroscópicas de compuestos binarios de tantalio

Relations of electronic structure and macroscopic properties on binary tantalum compounds

dc.contributorMiguel Avalos Borja
dc.creatorLaura Lizeth López de la Torre
dc.date2006
dc.date.accessioned2023-03-16T14:28:50Z
dc.date.available2023-03-16T14:28:50Z
dc.identifierhttp://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/1018
dc.identifier.urihttps://repositorioslatinoamericanos.uchile.cl/handle/2250/6229257
dc.descriptionEn esta tesis se describe el estudio de las propiedades mecánicas de algunos compuestos binarios de tantalio mediante cálculos ab initio. Para este trabajo se seleccionaron los carburos de tantalio TaC y Ta<sub>2</sub>C, así como los nitruros de tantalio δ-TaN y ϵ-TaN, dada la combinación de propiedades físicas y químicas que poseen. A pesar de que estos compuestos contienen los mismos elementos, Ta y C, o Ta y N, las diferencias en su estequiometría o en su estructura cristalina conducen a diferentes comportamientos mecánicos. De la misma manera que los compuestos antes mencionados, se estudiaron también el tantalio y el diamante. Entre las propiedades elásticas en estudio se encuentran los módulos de volumen y de Young, la razón de Poisson y los coeficientes de elasticidad, que se determinaron para los compuestos TaC, Ta<sub>2</sub>C, δ-TaN y -TaN. Además, se obtuvieron las curvas de dispersión de fonones para el tantalio, diamante, TaC y Ta<sub>2</sub>C, así como la densidad de estados de fonones y el calor específico. En el caso del TaC, se determinaron experimentalmente los coeficientes elásticos c11 y c44 y la capacidad calorífica utilizando un monocristal. Este estudio se realizó mediante cálculos ab initio de la energía total basados en la teoría del funcional de densidad (Density Functional Theory, DFT), utilizando pseudopotenciales y una base de ondas planas. El potencial de intercambio y correlación se calculó mediante las aproximaciones de la densidad local (Local Density Approximation, LDA) y del gradiente generalizado (Generalized Gradient Approximation, GGA). Las curvas de dispersión se calcularon utilzando el programa ABINIT, el cual utiliza pseudopotenciales que conservan la norma, mientras que las propiedades elásticas se calcularon con el programa CASTEP, que utiliza pseudopotenciales ultrasuaves. Los resultados obtenidos correspondientes a las propiedades elásticas han sido comparados con valores reportados en la literatura. En los casos en que no se encontraron valores reportados, o que éstos muestran notorias discrepancias, los valores obtenidos del cálculo se consideran como predicciones de dichas propiedades. Las curvas de dispersión de fonones y del calor específico para Ta, diamante y TaC concuerdan razonablemente con los valores experimentales reportados en la literatura y, en el caso del TaC, con los valores experimentales de capacidad calorífica determinados aquí. Por otra parte, no se encontraron valores reportados de dispersión de fonones ni del calor específico del Ta<sub>2</sub>C, por lo que los resultados obtenidos del cálculo se consideran como una de las mencionadas predicciones a estos valores.
dc.descriptionThis thesis describes studies regarding some mechanical properties of several binary tantalum compounds through ab initio calculations. In this work, tantalum carbides TaC and Ta<sub>2</sub>C, as well as tantalum nitrides δ-TaN and ϵ-TaN, were chosen due to the unusual combination of physical and chemical properties that they exhibit. Although these compounds contain the same elements, Ta and C, and Ta and N, the differences in stoichiometry or crystal structure conduct to different mechanical behaviour. Studies on crystal tantalum and diamond were also performed. Elastic properties, such as bulk and Young moduli, Poisson ratio and the elastic stiffness coefficients, for TaC, Ta<sub>2</sub>C, δ-TaN and -TaN, were determined, along with phonon dispersion curves for tantalum, diamond, TaC and Ta<sub>2</sub>C. In addition, the phonon density of states and heat capacity for tantalum, diamond, TaC and Ta<sub>2</sub>C were obtained. For the TaC case, the elastic stiffness coefficients c11 and c44, as well as the heat capacity curve, were obtained experimentally. Ab initio total-energy plane-wave pseudopotential calculations were performed based on the Density Functional Theory (DFT). The exchange-correlation potential has been determined using the Local Density Approximation (LDA) and the Generalized Gradient Approximation (GGA). The code ABINIT, which uses norm-conserving pseudopotentials, was used to determine the phonon dispersion curves. On the other hand, elastic properties were determined with the CASTEP code, that uses ultrasoft pseudopotentials. Results of elastic properties were compared with early published data, when available, and sets of predicted values are given of properties not studied yet or with notorious discrepancies in their published values. The phonon dispersion curves and specific heat curves for Ta, diamond and TaC agree within a few percent with experimental values already published and with those measured here for the specific heat of TaC. For Ta<sub>2</sub>C no experimental data is available and its phonon dispersion curve and specific heat curve can be seen as a prediction for future measurements.
dc.formatapplication/pdf
dc.languagespa
dc.publisherCICESE
dc.relationcitation:López de la Torre, L.L.2006.Relaciones entre la estructura electrónica y las propiedades macroscópicas de compuestos binarios de tantalio.Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.147 pp.
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rightshttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0
dc.subjectinfo:eu-repo/classification/Autor/Tantalio,Funciones de densidad,Fonones,Dispersión
dc.subjectinfo:eu-repo/classification/cti/1
dc.subjectinfo:eu-repo/classification/cti/22
dc.subjectinfo:eu-repo/classification/cti/2299
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dc.titleRelaciones entre la estructura electrónica y las propiedades macroscópicas de compuestos binarios de tantalio
dc.titleRelations of electronic structure and macroscopic properties on binary tantalum compounds
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis


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