First-Principles Study of Ta3B4-type TiX2B4 (X=Li, Na, Mg ve Ca) Compounds

Year 2015, Volume: 18 Issue: 3, 133 - 139, 01.09.2015

Sezgin Aydın

Abstract

The stabilities, structural, electronic and elastic properties of hypothetical TiXB4 (X=Li, Na, Mg and Ca) crystalline structures obtained by replacing titanium atoms, which are located 4j Wyckoff positions in Ti3B4 with Ta3B4-type structure, with Li, Na, Mg and Ca. have been investigated by performing first-principles density functional theory calculations. It is shown that calculated formation enthalpy values of all compounds are negative, and thus designed compounds are energetically stable. However, single crystal elastic constants are calculated, and except for X=Na including compound, these constants supply required criteria, therefore it is determined that TiX2B4 (X=Li, Mg and Ca) compounds are mechanically stable. On the other hand, electronic band structures of stable compounds are calculated, and it is observed that all of the compounds have metallic character. Finally, atomic charge and bond overlap population information obtained from Mulliken analysis by combining 3-dimensional electron density characteristics, bonding nature of the compounds are studied

Keywords

DFT, titanium borides, density of states, elastic properties

Ta3B4-tipi TiX2B4 (X=Li, Na, Mg ve Ca) Bileşiklerinin İlk-Prensiplerle İncelenmesi

Abstract

Ta3B4-tipi kristal yapıya sahip Ti3B4 kristalinde 4j Wyckoff konumlarına yerleşen Ti atomlarının Li, Na, Mg ve Ca ile yerdeğiştirmesi sonucu elde edilen varsayımsal TiX2B4 (X=Li, Na, Mg ve Ca) katı-yapıların kararlılıkları, yapısal, elektronik ve elastik özellikleri ilk-prensipler yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) hesaplamaları yapılarak incelendi. Hesaplanan oluşum entalpilerinin bütün yapılar için negatif olduğu, böylece tasarlanan bileşiklerin enerjitik kararlı oldukları görüldü. Bununla birlikte, yapıların elastik sabitleri (cij) hesaplandı ve X=Na’lu yapı hariç bu sabitlerin gerekli şartları sağladıkları, böylece tasarlanan TiX2B4 (X=Li, Mg ve Ca) bileşiklerinin mekanik kararlı oldukları tespit edildi. Diğer taraftan, kararlı yapıların elektronik bant yapıları çizildi ve hepsinin metalik karakterde oldukları belirlendi. Mulliken analizinden elde edilen atomik yük ve bağ overlap popülasyon bilgileri 3-boyutlu elektron yoğunlukları ile birlikte değerlendirilerek yapıların bağlanma doğası araştırıldı. Mevcut bağlanma doğasından elde edilen bilgiler hesaplamalardan elde edilen diğer parametrelerle birlikte işlenerek, bileşiklerin sertlikleri belirlendi.

Keywords

DFT, titanyum borürler, durum yoğunluğu, elastik özellikler