انجمن فیزیک ایران مجلۀ پژوهش فیزیک ایران 1682-6957 23 3 2023 11 22 Relativistic effects in the study of structure and electronic properties of UO2 within DFT+U method اثرات نسبیتی در مطالعۀ خواص ساختاری و الکترونی UO2 در چارچوب DFT+U 141 146 3431 10.47176/ijpr.23.3.11777 FA محمود پیامی شبستر پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، تهران، ایران 0000-0001-9670-8457 سمیرا شیخی پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، تهران، ایران Journal Article 2023 11 01 Electrons of orbitals near to nuclei of heavy atoms acquire speeds comparable to the speed of light in vacuum. Therefore, to study the properties of crystals containing heavy atoms, it is necessary to take into account the relativistic effects. In this work, using the first-principles DFT+U method, we have calculated the electronic structure and geometric properties of uranium dioxide UO₂ within full-relativistic, scalar-relativistic, and non-relativistic formulations, and compared the results. It is shown that: (i) the non-relativistic scheme gives results very far form experimental values for both lattice constant and bang gap; (ii) in full-relativistic case which the spin-orbit effects are included, the Kohn-Sham band-gap is increased by 6.2% and the lattice constant decreases by 0.05% compared to scalar-relativistic one. Therefore, in the study of geometric properties of UO_2, using the scalar-relativistic regime is quite accurate and one does not need to perform much more expensive full-relativistic calculations whenever one does not study the electronic excitation properties. الکترون‌های اوربیتال‌های نزدیک هستۀ اتم‌های سنگین سرعت‌های قابل مقایسه با سرعت نور در خلأ دارند. لذا جهت مطالعۀ خواص بلورهای حاوی اتم‌های سنگین، لازم است که اثرات نسبیتی به حساب آورده شوند. در این پژوهش، با استفاده از روش ابتدا به ساکن DFT+U ما ساختار الکترونی و خواص هندسی دی اکسید اورانیوم UO₂ در چارچوب فرمولبندی‌های کاملاً نسبیتی، نسبیتی نرده‌ای، و غیرنسبیتی محاسبه کرده و با هم مقایسه کرده‌ایم. نشان داده شده است که: (الف)- روش غیرنسبیتی نتایجی بسیار متفاوت با تجربه را برای ثابت شبکه و گاف انرژی می دهد و (ب)- در حالت کاملاً نسبیتی، که اثرات اسپین- مدار لحاظ شده است، گاف انرژی کوهن-شم به اندازۀ 2/6% افزایش یافته و ثابت شبکه به اندازه 05/0% نسبت به حالت نسبیتی نرده‌ای کاهش می‌یابد. بنابراین، در مطالعۀ خواص هندسی UO₂ ، محاسبات در چارچوب نسبیتی نرده‌ای منجر به نتایج صحیحی می‌شود و لذا تا موقعی که کاری به مطالعۀ خواص برانگیختگی الکترونی نداریم، نیازی نیست که محاسبات سنگین کاملاً نسبیتی انجام دهیم. https://ijpr.iut.ac.ir/article_3431_84c2d4860a0fc27bcf854c444fb8b400.pdf