Вышедшие номера
Home » Физика твердого тела » Год 2026, выпуск 6 » Статья стр. 894
<<<>>>
DFT-анализ структуры, химической связи, механических и колебательных свойств перспективного нелинейно-оптического материала Zn2BO3(OH)
Журавлев Ю.Н.1, Гвоздикова Е.В.1
1Кемеровский государственный университет, Кемерово, Россия
Email: zhur@kesu.ru
Поступила в редакцию: 28 апреля 2026 г.
В окончательной редакции: 19 июня 2026 г.
Принята к печати: 19 июня 2026 г.
Выставление онлайн: 28 июля 2026 г.
PDF версия
Методами теории функционала плотности с использованием обменно-корреляционных функционалов различного уровня - градиентного PBE (в том числе с дисперсионной поправкой D3), а также гибридных PBE0 и B3LYP - выполнена оптимизация кристаллической структуры Zn2BO3(OH) и уточнены координаты атомов водорода. С помощью анализа заселенности перекрывания кристаллических орбиталей и гамильтониана установлены прочности и энергии химических связей. Энергия связей B-O составляет ~-820 kJ/mol, Zn-O~-100 kJ/mol, а водородная связь O ·s H оценена в -140 kJ/mol, что сравнимо с энергией координационных связей. Из уравнения состояния Берча-Мурнагана получены объемный модуль сжатия B0=14.7 GPa и его производная B_0'=9.96, указывающие на аномально быстрый рост жесткости при сжатии. Рассчитаны упругие постоянные, модули Юнга (117 GPa вдоль оси b), температура Дебая (356.6 K), твердость по Виккерсу (~5.8) и трещиностойкость (60.2 GPa · m1/2). Впервые предсказаны спектры инфракрасного поглощения и комбинационного рассеяния света. Высокоинтенсивные моды [BO3] приходятся на интервал 1267-1349 cm-1 и [OH] 3439-3525 cm-1. Коэффициенты генерации второй гармоники составляют 4.8-7.5 единиц KDP в зависимости от функционала, что превышает экспериментальные данные (1.5 · KDP). Показано, что сильный NLO-отклик обусловлен синергизмом плоских π-сопряженных групп [BO3] и искаженных тетраэдров [ZnO3(OH)] с d10-конфигурацией Zn. Ключевые слова: гидроксибораты, генерация второй гармоники, упругие свойства, уравнение состояния, водородная связь, ИК-спектры, КР-спектры, температура Дебая.
  1. M. Mutailipu, J.J. Li, S.L. Pan. Adv. Funct. Mater. 35, 16, 2419204 (2025)
  2. M. Mutailipu, M. Zhang, Z.H. Yang, S.L. Pan. Acc. Chem. Res. 52, 3, 791 (2019)
  3. D. Dou, Q. Shi, H. Li, B. Zhang, D. Yang, Y. Wang. Adv. Sci. 11, 19, 2401325 (2024)
  4. R. Li. Crystals 7, 2, 50 (2017)
  5. B. Zhang, M.-Y. Ran, X.-T. Wu, H. Lin, Q.-L. Zhu. Coordination Chem. Rev. 517, 216053 (2024)
  6. Z. Chen, C. Liu, C. Li, J. Lu, Z. Yang, S. Pan, M. Mutailipu. Adv. Optic. Mater. 13, 21, 2500631 (2025)
  7. Ю.Н. Журавлёв, Е.В. Гвоздикова. ФТТ 67, 7, 1169 (2025). [Yu.N. Zhuravlev, E.V. Gvozdikova. Phys. Solid State 67, 7, 1118 (2025).]
  8. Y. Shang, J. Xu, H. Sha, Z. Wang, C. He, R. Su, X. Yang, X. Long. Coordination Chem. Rev. 494, 215345 (2023)
  9. Ю.Н. Журавлёв, Е.В. Гвоздикова. Журнал структурной химии 67, 4, 164583 (2026). [Yu.N. Zhuravlev, E.V. Gvozdikova. J. Struct. Chem. 67, 4, 930 (2026).]
  10. C. Li, A. Tudi, H. Cheng, Q. Liu, Z. Yang, S. Pan. Inorg. Chem. Front. 11, 22, 7843 (2024)
  11. C.T. Chen, Z.Y. Xu, D.Q. Deng, J. Zhang, G.K.L. Wong, B.C. Wu, N. Ye, D.Y. Tang. Appl. Phys. Lett. 68, 21, 2930 (1996)
  12. X. Wang, F. Zhang, L. Gao, Z. Yang, S. Pan. Adv. Sci. 6, 22, 1901679 (2019)
  13. А.В. Вдовин, В.Н. Моисеенко, В.С. Горелик, Я.В. Бурак. ФТТ 43, 9, 1584 (2001). [A.V. Vdovin, V.N. Moiseenko, V.S. Gorelik, Ya.V. Burak. Phys. Solid State 43, 9, 1648 (2001).]
  14. G. Corbel, E. Suard, J. Emery, M. Leblanc. J. Alloys. Compounds 305, 1-2, 49 (2000)
  15. Z.T. Yu, J.J. Xu, Y.S. Jiang, Z. Shi, Y. Guo, D.J. Wang, J.S. Chen. J. Mater. Chem. 13, 9, 2227 (2003)
  16. K. Schmetzer, G. Schnorrer-Kohler, O. Medenbach. Neues Jahrbuch fur Mineralogie, Abhandlungen 4, 145 (1985)
  17. M. Wang, L. Jiang, E.J. Kim, S.H. Hahn. RSC Adv. 5, 106, 87496 (2015)
  18. K. Kusabaa, T. Kikegawa. Solid State Commun. 148, 9-10, 382 (2008)
  19. H.D. Lutza, C. Jung, R. Mortel, H. Jacobs, R. Stahl. Spectrochimica Acta 54, 7, 893 (1998)
  20. R. Dovesi, A. Erba, R. Orlando, C.M. Zicovich-Wilson, B. Civalleri, L. Maschio, M. Rerat, S. Casassa, J. Baima, S. Salustro, B. Kirtman. WIREs Comput. Mol. Sci. 8, 4, e1360 (2018)
  21. D. Vilela Oliveira, J. Laun, M.F. Peintinger, T. Bredow. J. Comput. Chem. 40, 27, 2364 (2019)
  22. J.P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof. Phys. Rev. Lett. 77, 18, 3865 (1996)
  23. S. Grimme, S. Ehrlich, L. Goerigk. J. Comput.l Chem. 32, 7, 1456 (2011)
  24. C. Adamo, V. Barone. J. Chem. Phys. 110, 13, 6158 (1999)
  25. A.D. Becke. J. Chem. Phys. 98, 7, 5648 (1993)
  26. S.H. Vosko, L. Wilk, M. Nusair. Can. J. Phys. 58, 8, 1200 (1980)
  27. Yu.N. Zhuravlev. J. Struct. Chem. 66, 6, 146476 (2025)
  28. R. Dovesi, V.R. Saunders, C. Roetti, R. Orlando, C.M. Zicovich-Wilson, F. Pascale, B. Civalleri, K. Doll, N.M. Harrison, I.J. Bush, Ph. D'Arco, M. Llunell, M. Caus\`a, Y. Noel, L. Maschio, A. Erba, M. Rerat, S. Casassa. CRYSTAL17 User's Manual, Universit\`a of Torino, Torino (2017). https://www.crystal.unito.it/index.html
  29. H.J. Monkhorst, J.D. Pack. Phys. Rev. B 13, 12, 5188 (1976)
  30. T.H. Fischer, J. Almlof. J. Phys. Chem. 96, 24, 9768 (1992)
  31. И.И. Тупицын, Р.А. Эварестов, В.П. Смирнов. ФТТ 47, 10, 1768 (2005). [I.I. Tupitsyn, R.A. Evarestov, V.P. Smirnov. Phys. Solid State 47, 10, 1837 (2005).]
  32. M.T. Ruggiero, A. Erba, R. Orlando, T.M. Korter. Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 46, 31023 (2015)
  33. R.S. Mulliken. J. Chem. Phys. 23, 10, 1841 (1955)
  34. G. Gilli, P. Gilli. The Nature of the Hydrogen Bond Outline of a Comprehensive Hydrogen Bond Theory. Oxford University Press (2009)
  35. R. Stahl, C. Jung, H.D. Lutz, W. Kockelmann, H. Jacobs. Z. Anorg. Allg. Chem. 624, 1130 (1998)
  36. А.В. Перевощиков, А.И. Максимов, Н.А. Коваленко, И.А. Успенская. Журнал физической химии 96, 10, 1379 (2022). [A.V. Perevoshchikov, A.I. Maksimov, N.A. Kovalenko, I.A. Uspenskaya. Russ. J. Phys. Chem. A 96, 10, 2059 (2022).]
  37. A. Erba, A. Mahmoud, D. Belmonte, R. Dovesi. J. Chem. Phys. 140, 12, 124703 (2014)
  38. A. Erba, A. Mahmoud, R. Orlando, R. Dovesi. Phys. Chem. Minerals 41, 2, 151 (2014)
  39. J.J. Gilman. Chemistry and Physics of Mechanical Hardness. John Wiley \& Sons (2009)
  40. А.И. Гусев, С.И. Садовников. ФТТ 64, 6, 671 (2022). [A.I. Gusev, S.I. Sadovnikov. Phys. Solid State 64, 6, 659 (2022).]
  41. W. Voigt. Lehrbuch der Kristallphysik. Taubner, Leipzig (1928)
  42. A. Reuss. Z. Angew. Math. Mech. 9, 1, 49 (1929)
  43. R. Hill. J. Mech. Phys. Solids 11, 5, 357 (1963)
  44. M.M. Hossain, M.A. Ali, M.M. Uddin, A.K.M.A. Islam, S.H. Naqib. J. Appl. Phys. 129, 17, 175109 (2021)
  45. Д.В. Корабельников, Ю.Н. Журавлев. ФТТ 58, 6, 1129 (2016). [D.V. Korabel'nikov, Yu.N. Zhuravlev. Phys. Solid State 58, 6, 1166 (2016).]
  46. J. Haines, J.M. Leger, G. Bocquillon. Annu. Rev. Mater. Res. 31, 1 (2001)
  47. S.F. Pugh. Philosoph. Mag. J. Sci. 45, 367, 823 (1954)
  48. M.A. Ali, S.H. Naqib. RSC Adv. 10, 52, 31535 (2020)
  49. X.-Q. Chen, H. Niu, D. Li, Y. Li. Intermetallics 19, 9, 1275 (2011)
  50. Y. Tian, B. Xu, Z. Zhao. Int. J. Refractory Metals. Hard Mater. 33, 93 (2012)
  51. A. Bouhemadou. Braz. J. Phys. 40, 1, 52 (2010)
  52. S. Singh, L. Lang, V. Dovale-Farelo, U. Herath, P. Tavadze, F.-X. Coudert, A.H. Romero. Comput. Phys. Commun. 267, 108068 (2021)
  53. M.F. Ashby, D. Cebon. J. Physique IV France 03, C7, C7-1 (1993)
  54. E. Mazhnik, A.R. Oganov. J. Appl. Phys. 126, 12, 125109 (2019)
  55. O.L. Anderson. J. Phys. Chem. Solids. 24, 7, 909 (1963)
  56. M.F. Ashby, P. Ferreira, D.L. Schodek. Nanomaterials, Nanotechnologies and Design: An Introduction for Engineers and Architects. Butterworth-Heinemann (2009). Pp. 87--146
  57. G.A. Slack. J. Phys. Chem. Solids 34, 2, 321 (1973)
  58. D.R. Clarke. Surf. Coatings Technol. 163-164, 67 (2003)
  59. Е.Б. Дугинова, Ю.М. Басалаев, Н.Г. Кравченко, Е.В. Дугинов. ФТТ 68, 2, 255 (2026). [E.B. Duginova, Yu.M. Basalaev, N.G. Kravchenko, E.V. Duginov. Phys. Solid State 68, 2, 247 (2026).]
  60. K.I. Hadjiivanov, D.A. Panayotov, M.Y. Mihaylov, E.Z. Ivanova, K.K. Chakarova, S.M. Andonova, N.L. Drenchev. Chem. Rev. 121, 3, 1286 (2021)
  61. M. Wang, L. Jiang, E.J. Kim, S.H. Hahn. RSC Adv. 5, 106, 87496 (2015)
  62. Y.N. Zhuravlev, V.V. Atuchin. Symmetry 15, 8, 1504 (2023)
  63. C.M. Zicovich-Wilson, F. Pascale, C. Roetti, V.R. Saunders, R. Orlando, R. Dovesi. J. Comput. Chem. 25, 15, 1873 (2004)
  64. X. Gonze, C. Lee. Phys. Rev. B 55, 16, 10355 (1997)
  65. L. Maschio, B. Kirtman, M. Rerat, R. Orlando, R. Dovesi. J. Chem. Phys. 139, 16, 164101 (2013)
  66. S. Filatov, Y. Shepelev, R. Bubnova, N. Sennova, A.V. Egorysheva, Y.F. Kargin. J. Solid State Chem. 177, 2, 515 (2004)
  67. M. Ferrero, M. Rerat, R. Orlando, R. Dovesi. J. Chem. Phys. 128, 1, 014110 (2008)
  68. M. Ferrero, M. Rerat, B. Kirtman, R. Dovesi. J. Chem. Phys. 129, 24, 244110 (2008)
  69. M.-H. Lee, C.-H. Yang, J.-H. Jan. Phys. Rev. B 70, 23, 235110 (2004)
  70. R.A. Kumar. J. Chem. 2013, 3, 154862 (2013).

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2026 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme