Вышедшие номера
Изучение барических и температурных зависимостей свойств монокристаллического тантала
Российский научный фонд, 25-23-00001
Магомедов М.Н. 1
1Институт 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.
  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. H. Cynn, C.S. Yoo. Phys. Rev. B 59, 13, 8526.8529 (1999). http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.59.8526
  5. A. Dewaele, P. Loubeyre, M. Mezouar. Phys. Rev. B 70, 9, 094112 (2004). http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.70.094112
  6. P.I. Dorogokupets, A.R. Oganov. Phys. Rev. B 75, 2, 024115 (2007). http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.75.024115
  7. 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
  8. 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]
  9. 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]
  10. J.W. Arblaster. J. Phase Equilibria. Diffusion 39, 2, 255 (2018). http://dx.doi.org/10.1007/s11669-018-0627-2
  11. 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
  12. 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
  13. X. Gong, A. Dal Corso. J. Chem. Phys. 162, 12, 124709 (2025). https://doi.org/10.1063/5.0258989
  14. 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]
  15. 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]
  16. M.N. Magomedov. Phys. Rev. B 109, 3, 035405 (2024). http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.109.035405
  17. 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.]
  18. 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).]
  19. 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).]
  20. 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]
  21. М.Н. Магомедов. ЖТФ 83, 9, 56 (2013). [M.N. Magomedov. Tech. Phys. 58, 9, 1297 (2013). http://dx.doi.org/10.1134/S106378421309020X]
  22. G.K. White, A.T. Pawlowicz. J. Low Temperature Phys. 2, 5-6, 631 (1970). https://doi.org/10.1007/BF00628279
  23. Y. Kraftmakher. Phys. Reports 299, 2-3, 79 (1998). https://doi.org/10.1016/S0370-1573(97)00082-3
  24. 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
  25. 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]
  26. 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).]
  27. 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
  28. A. Dewaele. Minerals 9, 11, 684 (2019). http://dx.doi.org/10.3390/min9110684
  29. 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.)]
  30. 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
  31. K. Wang, R.R. Reeber. High Temperature \& Mater. Sci. 36, 2-3, 185 (1996)
  32. 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
  33. 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
  34. F. Birch. J. Geophys. Res. 57, 2, 227 (1952). http://dx.doi.org/10.1029/JZ057i002p00227
  35. O.L. Anderson. Phys. Earth \& Planetary Interiors 22, 3-4, 165 (1980). http://dx.doi.org/10.1016/0031-9201(80)90029-1
  36. J. Rault. Eur. Phys. J. B 92, 1, 22 (2019). http://dx.doi.org/10.1140/epjb/e2018-90452-6
  37. W.R. Tyson. Canadian Metallurgical Quarterly 14, 4, 307 (1975). https://doi.org/10.1179/000844375795049997
  38. W.R. Tyson, W.A. Miller. Surf. Sci. 62, 267 (1977). https://doi.org/10.1016/0039-6028(77)90442-3
  39. L.Z. Mezey, J. Giber. Japan. J. Appl. Phys. 21, 11R, 1569 (1982). http://dx.doi.org/10.1143/jjap.21.1569
  40. V.K. Kumikov, Kh.B. Khokonov. J. Appl. Phys. 54, 3, 1346 (1983). https://doi.org/10.1063/1.332209
  41. M.I. Baskes. Phys. Rev. B 46, 5, 2727 (1992). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.46.2727
  42. 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
  43. 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
  44. 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
  45. F. Aqra, A. Ayyad. Appl. Surf. Sci. 257, 15, 6372 (2011). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2011.01.123
  46. V.P. Bokarev, G.Y. Krasnikov. Surf. Sci. 668, 73 (2018). https://doi.org/10.1016/j.susc.2017.10.020
  47. 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
  48. C. Li, S. Lu, S. Divinski, L. Vitos. Acta Materialia 255, 119074 (2023). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.119074
  49. 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
  50. 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]