نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، سازمان انرژی اتمی ایران

2 پژوهشکده فیزیک و شتابگرها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، سازمان انرژی اتمی، تهران، ایران

چکیده

الکترونهای اوربیتالهای نزدیک هسته اتمهای سنگین دارای سرعتهای قابل مقایسه با سرعت نور در خلا می باشند. لذا جهت مطالعه 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 کاملا نسبیتی، نسبیتی اسکالر، و غیرنسبیتی محاسبه کرده و باهم مقایسه نموده ایم. نشان داده شده است که: (الف)- روش غیرنسبیتی نتایجی بسیار متفاوت با تجربه را برای ثابت شبکه و گاف انرژی می دهد؛ (ب)- در حالت کاملا نسبیتی، که اثرات اسپین-مدار لحاظ شده است، گاف انرژی کوهن-شم به اندازه 2/6% افزایش یافته و ثابت شبکه به اندازه 05/0% نسبت به حالت نسبیتی اسکالر کاهش می یابد. بنابراین، در مطالعه خواص هندسی UO2 ، محاسبات در چارچوب نسبیتی اسکالر منجر به نتایج صحیحی می شود و لذا تا موقعی که کاری به مطالعه خواص برانگیختگی الکترونی نداریم، نیازی نیست که محاسبات سنگین کاملا نسبیتی انجام دهیم.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Relativistic effects in the study of structure and electronic properties of UO2 within DFT+U method

نویسندگان [English]

  • Mahmoud Payami Shabestar 1
  • Samira Sheykhi 2

1 Physics & Accelerators Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, Atomic Energy Organization of Iran

2 AEOI

چکیده [English]

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 UO2, 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.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Uranium dioxide
  • Anti-ferromagnetism
  • Density-Functional Theory
  • Spin-orbit effect
  • Mott Insulator

تحت نظارت وف ایرانی