Изучение барических и температурных зависимостей свойств монокристаллического тантала
Российский научный фонд, 25-23-00001
Магомедов М.Н.
11Институт проблем геотермии и возобновляемой энергетики --- филиал Объединенного института высоких температур РАН, Махачкала, Россия

Email: mahmag4@mail.ru
Поступила в редакцию: 19 сентября 2025 г.
В окончательной редакции: 19 сентября 2025 г.
Принята к печати: 2 октября 2025 г.
Выставление онлайн: 28 ноября 2025 г.
Аналитическим методом (т. е. без компьютерного моделирования) рассчитаны уравнение состояния, а также барические и температурные зависимости термоупругих и поверхностных свойств монокристаллического тантала. Данный метод основан на парном межатомном четырехпараметрическом потенциале Ми-Леннард-Джонса и учитывает вклад как решеточной, так и электронной подсистемы металла. Данным методом были рассчитаны барическая и температурная зависимость изотермического модуля упругости, коэффициента теплового расширения, изобарной теплоемкости, а также производных этих функций по давлению. Барические зависимости рассчитаны вдоль изотерм T=300 и 3000 K, а температурные зависимости рассчитаны вдоль изобар P=0 и 100 GPa. Показано, что рассчитанные зависимости хорошо согласуются с зависимостями, полученными как экспериментально, так и с помощью компьютерного моделирования. Впервые рассчитаны поверхностные свойства тантала: удельная поверхностная энергия, а также ее производные по температуре и по давлению. Свойства тантала изучены в труднодоступных для эксперимента P-T-условиях, и выяснено, в какой области P-T-аргументов электронный вклад в данные свойства заметен, а в какой области его влиянием на свойства тантала можно пренебречь. Ключевые слова: уравнение состояния, модуль упругости, тепловое расширение, поверхностная энергия, электронная подсистема, температура Дебая, параметр Грюнайзена.
- V.N. Senchenko, R.S. Belikov, V.S. Popov. J. Phys.: Conf. Ser. 653, 1, 012100 (2015). http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/653/1/012100
- H.K. Mao, J.A. Xu, P.M. Bell. J. Geophys. Res.: Solid Earth 91, B5, 4673 (1986). http://dx.doi.org/10.1029/JB091iB05p04673
- K. Wang, R.R. Reeber. Mater. Sci. Eng.: R: Reports 23, 3, 101 (1998). http://dx.doi.org/10.1016/s0927-796x(98)00011-4
- H. Cynn, C.S. Yoo. Phys. Rev. B 59, 13, 8526.8529 (1999). http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.59.8526
- A. Dewaele, P. Loubeyre, M. Mezouar. Phys. Rev. B 70, 9, 094112 (2004). http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.70.094112
- P.I. Dorogokupets, A.R. Oganov. Phys. Rev. B 75, 2, 024115 (2007). http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.75.024115
- Z.L. Liu, LC. Cai, X.R. Chen, Q. Wu, F.Q. Jing. J. Phys.: Condens. Matter 21, 9, 095408 (2009). http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/21/9/095408
- О.М. Красильников, Ю.Х. Векилов, И.Ю. Мосягин. ЖЭТФ 142, 2(8), 266 (2012). [O.M. Krasil.nikov, Y.K. Vekilov, I.Y. Mosyagin. JETP 115, 2, 237 (2012). http://dx.doi.org/10.1134/S1063776112070096]
- В.Ю. Бодряков. Теплофизика высоких температур 54, 3, 336 (2016). https://doi.org/10.7868/S0040364416030029 [V.Y. Bodryakov. High Temperature 54, 3, 316 (2016). http://dx.doi.org/10.1134/S0018151X16030020]
- J.W. Arblaster. J. Phase Equilibria. Diffusion 39, 2, 255 (2018). http://dx.doi.org/10.1007/s11669-018-0627-2
- H. Fukui, A. Yoneda, S. Kamada, H. Uchiyama, N. Hirao, A.Q.R. Baron. J. Appl. Phys. 132, 5, 055902 (2022). http://dx.doi.org/10.1063/5.0089667
- H. Liu, H. Song, H. Zhang, X. Duan, T. Zhang, H. Liu, Z. Wang, Y. Liu, S. Wang, Y. Li, L. Sun, W. Yang, Z. Guan, G. Zhang, D. Yang, J. Yang, Z. Zhao, H. Song, Y. Ding. J. Appl. Phys. 137, 20, 205905 (2025). https://doi.org/10.1063/5.0260857
- X. Gong, A. Dal Corso. J. Chem. Phys. 162, 12, 124709 (2025). https://doi.org/10.1063/5.0258989
- М.Н. Магомедов. ФТТ 63, 9, 1415 (2021). https://doi.org/10.21883/FTT.2021.09.51279.080 [M.N. Magomedov. Phys. Solid State 63, 10, 1465(2021). https://doi.org/10.1134/S1063783421090250]
- М.Н. Магомедов. ФТТ 64, 7, 765 (2022). https://doi.org/10.21883/FTT.2022.07.52559.319 [M.N. Magomedov. Phys. Solid State 64, 7, 765 (2022). https://doi.org/10.21883/PSS.2022.07.54579.319]
- M.N. Magomedov. Phys. Rev. B 109, 3, 035405 (2024). http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.109.035405
- Э.А. Мелвин-Хьюз. Физическая химия, в 2-х тт. Изд-во Иностранной литературы, М. (1962). 1148 с. [E.A. Moelwyn-Hughes. Physical Chemistry. Pergamon Press, London (1961). 1333 p.]
- Ч. Киттель. Введение в физику твердого тела. Наука, М. (1978). 792 с. [C. Kittel. Introduction to Solid State Physics. J. Wiley \& Sons Ltd, N.-Y. (1976).]
- В.Н. Жарков, В.А. Калинин. Уравнение состояния твердых тел при высоких давлениях и температурах. Наука, М. (1968). 311 с. [V.N. Zharkov, V.A. Kalinin. Equations of State for Solids at High Pressures and Temperatures. Consultants Bureau-Plenum, N.-Y. (1971).]
- И.В. Ломоносов, С.В. Фортова. Теплофизика высоких температур 55, 4, 596 (2017). https://doi.org/10.7868/S0040364417040111 [I.V. Lomonosov, S.V. Fortova. High Temperature 55, 4, 585 (2017). https://doi.org/10.1134/S0018151X17040113]
- М.Н. Магомедов. ЖТФ 83, 9, 56 (2013). [M.N. Magomedov. Tech. Phys. 58, 9, 1297 (2013). http://dx.doi.org/10.1134/S106378421309020X]
- G.K. White, A.T. Pawlowicz. J. Low Temperature Phys. 2, 5-6, 631 (1970). https://doi.org/10.1007/BF00628279
- Y. Kraftmakher. Phys. Reports 299, 2-3, 79 (1998). https://doi.org/10.1016/S0370-1573(97)00082-3
- S. Mukherjee, R.E. Cohen, O G.lseren. J. Phys.: Condens. Matter 15, 6, 855 (2003). http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/15/6/312
- М.Н. Магомедов. ЖТФ 93, 2, 221 (2023). https://doi.org/10.21883/JTF.2023.02.54496.190-22 [M.N. Magomedov. Tech. Phys. 68, 2, 209 (2023). https://doi.org/10.21883/TP.2023.02.55474.190-22]
- М.Н. Магомедов. ФТТ 67, 8, 1381 (2025). https://doi.org/10.61011/FTT.2025.08.61307.80-25 [M.N. Magomedov. Phys. Solid State 67, 8, 1389 (2025).]
- H.A. Leupold, G.J. Iafrate, F. Rothwart, J.T. Breslin, D. Edmiston, T.R. AuCoin. J. Low Temperature Phys. 28, 3, 241 (1977). http://dx.doi.org/10.1007/BF00668217
- A. Dewaele. Minerals 9, 11, 684 (2019). http://dx.doi.org/10.3390/min9110684
- П.И. Дорогокупец, Т.С. Соколова, Б.С. Данилов, К.Д. Литасов. Геодинамика и тектонофизика 3, 2, 129 (2012). https://doi.org/10.5800/GT-2012-3-2-0067 [P.I. Dorogokupets, T.S. Sokolova, B.S. Danilov, K.D. Litasov. Geodynamics \& Tectonophys. 3, 2, 129 (2012). (In Russ.)]
- M.G. Gorman, C.J. Wu, R.F. Smith, L.X. Benedict, C.J. Prisbrey, W. Schill, S.A. Bonev, Z.C. Long, P. Soderlind, D. Braun, D.C. Swift, R. Briggs, T.J. Volz, E.F. O.Bannon, P.M. Celliers, D.E. Fratanduono, J.H. Eggert, S.J. Ali, J.M. McNaney. Phys. Rev. B 107, 1, 014109 (2023). http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.107.014109
- K. Wang, R.R. Reeber. High Temperature \& Mater. Sci. 36, 2-3, 185 (1996)
- N.D. Milov sevic, G.S. Vukovic, D.Z. Paviv cic, K.D. Maglic. Int. J. Thermophys. 20, 1129 (1999). http://dx.doi.org/10.1023/A:1022659005050
- A. Cezairliyan, J.L. McClure, C.W. Beckett. J. Res. National Bureau of Standards, Section A, Phys. Chem. 75A, 1, 1 (1971). http://dx.doi.org/10.6028/jres.075A.001
- F. Birch. J. Geophys. Res. 57, 2, 227 (1952). http://dx.doi.org/10.1029/JZ057i002p00227
- O.L. Anderson. Phys. Earth \& Planetary Interiors 22, 3-4, 165 (1980). http://dx.doi.org/10.1016/0031-9201(80)90029-1
- J. Rault. Eur. Phys. J. B 92, 1, 22 (2019). http://dx.doi.org/10.1140/epjb/e2018-90452-6
- W.R. Tyson. Canadian Metallurgical Quarterly 14, 4, 307 (1975). https://doi.org/10.1179/000844375795049997
- W.R. Tyson, W.A. Miller. Surf. Sci. 62, 267 (1977). https://doi.org/10.1016/0039-6028(77)90442-3
- L.Z. Mezey, J. Giber. Japan. J. Appl. Phys. 21, 11R, 1569 (1982). http://dx.doi.org/10.1143/jjap.21.1569
- V.K. Kumikov, Kh.B. Khokonov. J. Appl. Phys. 54, 3, 1346 (1983). https://doi.org/10.1063/1.332209
- M.I. Baskes. Phys. Rev. B 46, 5, 2727 (1992). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.46.2727
- L. Vitos, A.V. Ruban, H.L. Skriver, J. Koll.r. Surf. Sci. 411, 1-2, 186 (1998). https://doi.org/10.1016/S0039-6028(98)00363-X
- A.B. Alchagirov, B.B. Alchagirov, T.M. Taova, Kh.B. Khokonov. Trans. JWRI 30, Special Issue, 287 (2001). https://repository.exst.jaxa.jp/dspace/handle/a-is/48071
- Q. Jiang, H.M. Lu, M. Zhao. J. Phys.: Condens. Matter 16, 4, 521 (2004). https://doi.org/10.1088/0953-8984/16/4/001
- F. Aqra, A. Ayyad. Appl. Surf. Sci. 257, 15, 6372 (2011). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2011.01.123
- V.P. Bokarev, G.Y. Krasnikov. Surf. Sci. 668, 73 (2018). https://doi.org/10.1016/j.susc.2017.10.020
- J.-Y. Lee, M.P.J. Punkkinen, S. Schonecker, Z. Nabi, K. Kadas, V. Zolyomi, Y.M. Koo, Q.-M. Hu, R. Ahuja, B. Johansson, J. Koll.r, L. Vitos, S.K. Kwon. Surf. Sci. 674, 51 (2018). https://doi.org/10.1016/j.susc.2018.03.008
- C. Li, S. Lu, S. Divinski, L. Vitos. Acta Materialia 255, 119074 (2023). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.119074
- S.N. Zhevnenko, I.S. Petrov, D. Scheiber, V.I. Razumovskiy. Acta Materialia 205, 116565 (2021). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.116565
- М.Н. Магомедов. ФТТ 67, 2, 340 (2025). https://doi.org/10.61011/FTT.2025.02.59990.318 [M.N. Magomedov. Phys. Solid State 67, 2, 333 (2025). https://doi.org/10.61011/PSS.2025.02.60685.318]