Физики рассчитали стабильность трифторидов редкоземельных элементов под давлением
Ученые Института физики Казанского федерального университета (КФУ) в сотрудничестве с коллегами из Сколтеха и Национальной академии наук Таджикистана провели комплексные исследования трифторидов редкоземельных элементов (РЗЭ) с помощью компьютерного моделирования. Впервые ими были изучены упругие характеристики и эволюция параметров решетки при изменении давления, а также выявлены характерные различия в поведении разных элементов этой группы.
Трифториды — это химические соединения, в которых с одним атомом или ионом элемента связаны три атома или иона фтора. Уникальные свойства таких соединений определяют их ценность для широкого спектра применений в биомедицине, лазерных технологиях, катализе, создании водородных хранилищ и других высокотехнологичных областях.
Целью работы являлось получение характеристик систем трифторидов гадолиния, тербия, диспрозия, гольмия и эрбия, находящихся под высоким давлением (до 30 ГПа) с помощью квантово-механических расчетов. Информация, полученная путем таких вычислений, важна для понимания связи структуры этих соединений с физическими свойствами, что необходимо для разработки материалов с заданными характеристиками.
Главная задача исследования состояла в создании теоретической основы для проведения экспериментов и дальнейших расчетов других свойств, связанных с трифторидами РЗЭ как в кристаллической форме, так и в форме нанокристаллов. Особый интерес, по словам ученых, представляют наночастицы трифторидов, имеющие потенциал применения в биомедицинских приложениях, таких как компьютерная и магнитно-резонансная томография.
«На основании сравнительного анализа упругих констант было установлено, что трифториды гадолиния, тербия, диспрозия, гольмия и эрбия в орторомбической фазе демонстрируют большую устойчивость к однонаправленному сжатию, чем к сдвиговой деформации. Такое же поведение наблюдается в тригональной фазе», — рассказала первый автор статьи, старший научный сотрудник НИЛ «Компьютерный дизайн новых материалов и машинное обучение» Института физики КФУ Регина Бурганова.
Проведенные в КФУ расчеты на основе предложенных параметров и методов моделирования подтверждают наличие фазовых переходов под давлением, значения переходных точек которых согласуются с имеющимися экспериментальными данными. Анализ электронных, магнитных и оптических свойств всех пяти трифторидов доказал уникальность этих соединений.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России по программе «Приоритет-2030».