{"id":1785,"date":"2019-05-22T02:47:44","date_gmt":"2019-05-22T02:47:44","guid":{"rendered":"http:\/\/www.meetyoucarbide.com\/single-post-inventory-progress-in-the-application-of-first-principles-in-materials-science\/"},"modified":"2020-05-04T13:12:06","modified_gmt":"2020-05-04T13:12:06","slug":"inventory-progress-in-the-application-of-first-principles-in-materials-science","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/etat-des-lieux-progres-dans-lapplication-des-premiers-principes-en-science-des-materiaux\/","title":{"rendered":"Inventaire: Progr\u00e8s dans l'application des premiers principes en science des mat\u00e9riaux"},"content":{"rendered":"
\n
\n
Le premier principe est en fait un terme philosophique avanc\u00e9 par le philosophe grec Aristote: il y a une proposition de base dans chaque syst\u00e8me, qui ne peut \u00eatre viol\u00e9e ou supprim\u00e9e.Le premier principe est en fait un terme philosophique avanc\u00e9 par le philosophe grec Aristote: il y a une proposition de base dans chaque syst\u00e8me, qui ne peut pas \u00eatre viol\u00e9e ou supprim\u00e9e.<\/div>\n
Figure 1 Aristote<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Dans le domaine de la science des mat\u00e9riaux, le premier principe se r\u00e9f\u00e8re au principe de l'interaction noyau atomique et \u00e9lectron et \u00e0 sa loi de mouvement de base. En utilisant la m\u00e9canique quantique, \u00e0 partir des exigences sp\u00e9cifiques, apr\u00e8s une s\u00e9rie d'approximations, l'\u00e9quation d'onde de Schrodinger est directement r\u00e9solue pour obtenir la structure \u00e9lectronique. Ainsi, les propri\u00e9t\u00e9s physiques et chimiques du syst\u00e8me sont obtenues avec pr\u00e9cision, et l'\u00e9tat et les propri\u00e9t\u00e9s du syst\u00e8me microscopique sont pr\u00e9dits. Cependant, le processus de solution est tr\u00e8s difficile. Pour cette raison, Born-Oppenheimer a propos\u00e9 une approximation adiabatique, qui consiste \u00e0 consid\u00e9rer l'ensemble du probl\u00e8me dans le mouvement des \u00e9lectrons et des noyaux. Compte tenu du mouvement du noyau \u00e0 la position instantan\u00e9e, compte tenu du mouvement du noyau, l'\u00e9lectron n'est pas pris en compte. La r\u00e9partition sp\u00e9cifique de l'espace. Pour les syst\u00e8mes \u00e0 N \u00e9lectrons, la solution est toujours tr\u00e8s difficile, donc une approximation \u00e0 un seul \u00e9lectron est propos\u00e9e, c'est-\u00e0-dire qu'un seul \u00e9lectron est consid\u00e9r\u00e9, et les autres \u00e9lectrons sont trait\u00e9s de mani\u00e8re similaire \u00e0 une certaine forme de champ potentiel, qui est converti en un seul le probl\u00e8me \u00e9lectronique est l'approximation du champ moyen [1, 2].<\/div>\n
Le premier principe consiste \u00e0 r\u00e9soudre l'\u00e9quation de Schr\u00f6dinger d\u00e9crivant la loi de mouvement des particules microscopiques par calcul auto-coh\u00e9rent sur la base d'une approximation adiabatique et d'une approximation \u00e0 un seul \u00e9lectron. L'approximation de Hartree-Fock est une sorte d'approximation du champ moyen qui ignore l'interaction entre les \u00e9lectrons et traite les \u00e9lectrons comme des mouvements dans le champ potentiel moyen du champ potentiel ionique et d'autres \u00e9lectrons. L'approximation limite la pr\u00e9cision du calcul. En 1964, Hohenberg et Kohn ont propos\u00e9 une th\u00e9orie fonctionnelle de la densit\u00e9, qui exprime subtilement le potentiel li\u00e9 \u00e0 l'\u00e9change entre les \u00e9lectrons comme une forme de densit\u00e9 fonctionnelle, afin que les propri\u00e9t\u00e9s du mat\u00e9riau puissent \u00eatre d\u00e9termin\u00e9es \u00e0 partir de la densit\u00e9 \u00e9lectronique. Depuis lors, Kohn et Sham (Shen Lujiu) ont obtenu l'\u00e9quation \u00e0 un seul \u00e9lectron dans la th\u00e9orie fonctionnelle de la densit\u00e9, \u00e0 savoir l'\u00e9quation Kohn-Sham (KS), qui rend la th\u00e9orie fonctionnelle de la densit\u00e9 pratiquement appliqu\u00e9e [3, 4]. Cet article r\u00e9sume les derniers progr\u00e8s de l'application des premiers principes sous les aspects suivants:<\/div>\n

Calcul des param\u00e8tres et de la configuration de la structure cristalline<\/h2>\n
La structure cristalline est la base pour comprendre les propri\u00e9t\u00e9s les plus fondamentales des mat\u00e9riaux, en particulier pour r\u00e9v\u00e9ler la relation entre la microstructure des mat\u00e9riaux et les propri\u00e9t\u00e9s intrins\u00e8ques de l'\u00e9lasticit\u00e9, des \u00e9lectrons, des phonons et de la thermodynamique.<\/div>\n
Leineweber et T. Hickel et al. utilis\u00e9 la m\u00e9thode exhaustive pour effectuer le calcul DFT sur les structures possibles de Fe4N et Fe4C, en tenant compte de l'arrangement fcc des atomes de Fe et de la position des atomes N \/ C sur les octa\u00e8dres, o\u00f9 une partie de la structure peut passer Bain. La distorsion devient stable, et l'atome C pr\u00e9sente une s\u00e9quence de type Zener en cc, comme le montre la figure 2, et r\u00e9v\u00e8le la diff\u00e9rence caract\u00e9ristique de la tendance d'orientation des atomes interstitiels, qui est coh\u00e9rente avec la diff\u00e9rence de structure aust\u00e9nitique observ\u00e9e exp\u00e9rimentalement [5 ].<\/div>\n
Figure 2 Disposition fct (t\u00e9tragonale centr\u00e9e sur la face) de deux atomes de Fe (bleu)<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Calcul de la stabilit\u00e9 de la phase d'alliage<\/h2>\n
La m\u00e9thode des premiers principes d'\u00e9nergie totale bas\u00e9e sur l'onde plane super-potentiel est utilis\u00e9e pour \u00e9tudier la structure de la phase cristalline, et la stabilit\u00e9 thermodynamique de la microstructure des diff\u00e9rents ordres d'empilement est obtenue, de sorte que la structure la plus stable qui puisse exister \u00eatre un nouveau design et d\u00e9veloppement. Un moyen important de mat\u00e9riaux.<\/div>\n
Par exemple, Zhilin Li, Chunyang Xia et al. a men\u00e9 une \u00e9tude de premier principe sur la stabilit\u00e9 de phase de Cu2ZnSnS4, un mat\u00e9riau de couche d'absorbeur de cellules solaires \u00e0 couche mince, bas\u00e9e sur la th\u00e9orie de la densit\u00e9 fonctionnelle (DFT), en utilisant PBE sous approximation de gradient g\u00e9n\u00e9ralis\u00e9e (GGA). Les param\u00e8tres du r\u00e9seau et l'\u00e9nergie totale du syst\u00e8me d'alliage Cu-Zn-Sn-S ont \u00e9t\u00e9 calcul\u00e9s par le potentiel de corr\u00e9lation d'\u00e9change, et le mod\u00e8le de calcul et l'\u00e9nergie de g\u00e9n\u00e9ration des phases possibles dans l'alliage Cu-Zn-Sn-S ont \u00e9t\u00e9 \u00e9tablis. Les r\u00e9sultats sont pr\u00e9sent\u00e9s sur la figure 3 et le tableau 1. Comme indiqu\u00e9, cette \u00e9tude fournit des conseils pour la conception d'alliages Cu-Zn-Sn-S pour les cellules solaires composites \u00e0 couches minces. Le mod\u00e8le et la m\u00e9thode de calcul peuvent \u00e9galement \u00eatre \u00e9tendus \u00e0 la pr\u00e9vision de la stabilit\u00e9 de phase d'autres syst\u00e8mes d'alliages [6].<\/div>\n
Fig.3 Mod\u00e8le de structure super-r\u00e9seau de 64 d\u00e9fauts de substitution ZnCu<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Tableau 1 Structure de super-r\u00e9seau optimis\u00e9e et r\u00e9sultats de calcul de l'\u00e9nergie totale<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Structure \u00e9lectronique<\/h2>\n
Pour les structures stables, le calcul de la distribution de densit\u00e9 \u00e9lectronique de valence des mat\u00e9riaux est important pour comprendre le degr\u00e9 de liaison et d'ionisation entre les atomes.<\/div>\n
Benkabou et H. Rached et al. utilis\u00e9 le premier principe pour calculer les alliages Heusler CoRhMnZ quaternaires (Z = Al, Ga, Ge et Si) (une classe de compos\u00e9s interm\u00e9talliques, qui peuvent \u00eatre d\u00e9crits comme X2YZ ou XX0YZ, o\u00f9 X, X0 et Y est un \u00e9l\u00e9ment de m\u00e9tal de transition, Z est un \u00e9l\u00e9ment du groupe III, IV ou V, contient g\u00e9n\u00e9ralement des \u00e9l\u00e9ments non ferromagn\u00e9tiques, mais le compos\u00e9 pr\u00e9sente une structure \u00e9lectronique ferromagn\u00e9tique), calcul\u00e9e \u00e0 l'aide de la m\u00e9thode des ondes planes fix\u00e9es \u00e0 plein potentiel (FLAPW) et de l'approximation GGA-PBE. La figure 4 montre les r\u00e9sultats des calculs de densit\u00e9 d'\u00e9tat pour les structures correspondantes, montrant que ces compos\u00e9s pr\u00e9sentent des ferromagn\u00e9tiques semi-m\u00e9talliques dans quelques \u00e9tats, les compos\u00e9s CoRhMnGe et CoRhMnSi et leurs moments magn\u00e9tiques sont fondamentalement coh\u00e9rents avec la loi de Slater-Pauling, indiquant leurs propri\u00e9t\u00e9s semi-m\u00e9talliques Propri\u00e9t\u00e9s. \u00c0 forte polarisation de spin, en plus de CoRhMnSi, ces compos\u00e9s sont stables dans la structure YI [7].<\/div>\n
Fig.3 Densit\u00e9 totale et densit\u00e9 locale des \u00e9tats des structures stables CoRhMnZ (Z = Al, Ga, Ge et Si)<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Song et al. a utilis\u00e9 le premier principe pour \u00e9tudier la structure \u00e9lectronique du film TiN. Comme le montre la figure 4, la bande a \u00e9t\u00e9 simul\u00e9e par le programme Studio Studio (MS) et la densit\u00e9 totale des \u00e9tats (DOS), la fonction di\u00e9lectrique et l'absorption ont \u00e9t\u00e9 calcul\u00e9es. Et la r\u00e9flectivit\u00e9.<\/div>\n
Les r\u00e9sultats montrent que l'\u00e9nergie de Fermi (EF) traverse la bande d'\u00e9nergie avec une distribution de niveau d'\u00e9nergie dense, et la densit\u00e9 totale des \u00e9tats croise avec EF, indiquant que TiN est d\u00e9termin\u00e9 par les propri\u00e9t\u00e9s \u00e9lectroniques de l'\u00e9tat Ti-3d pour avoir des propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9tallo\u00efdes [8 ].<\/div>\n
Fig.4 Structure de la bande d'\u00e9nergie du film de TiN (a), pleine densit\u00e9 (b) et densit\u00e9 locale (c)<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Calcul des propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques<\/h2>\n
La constante \u00e9lastique Cij est un param\u00e8tre de base d\u00e9crivant les propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques des mat\u00e9riaux. Elle est \u00e9troitement li\u00e9e aux ph\u00e9nom\u00e8nes solides de base, tels que la liaison interatomique, les \u00e9quations d'\u00e9tat et les spectres de phonons, ainsi qu'aux propri\u00e9t\u00e9s thermodynamiques telles que la chaleur sp\u00e9cifique, l'expansion thermique, la temp\u00e9rature de Debye et les param\u00e8tres de Gr\u00fcneisen. En relation. Th\u00e9oriquement, il existe 21 constantes \u00e9lastiques ind\u00e9pendantes Cij, mais la sym\u00e9trie du cristal cubique r\u00e9duit cette valeur \u00e0 seulement 3 (C11, C12 et C44), et le module de cisaillement G, le module de Young E et Poisson sont d\u00e9riv\u00e9s des constantes \u00e9lastiques. Ratio n, puis estimer la temp\u00e9rature de Debye \u00e0 partir de la vitesse moyenne du son Vm:<\/div>\n
O\u00f9 H est la constante de Planck, KB est la constante de Boltzmann, Va est le volume atomique et Vm peut \u00eatre d\u00e9termin\u00e9 par les vitesses sonores longitudinales et lat\u00e9rales vl et vt obtenues par le module de cisaillement G et le module de masse B dans l'\u00e9quation de Navier. .<\/div>\n
Par exemple, Shuo Huang et al. a combin\u00e9 le premier principe pour d\u00e9terminer les param\u00e8tres \u00e9lastiques et la r\u00e9sistance \u00e0 la traction id\u00e9ale de la phase de solution solide cubique centr\u00e9e sur le corps en alliage \u00e0 haute entropie FeCrCoMnAlx (0,6\u2264\u22641,5) dans la direction [001]. Les r\u00e9sultats sont pr\u00e9sent\u00e9s sur la figure 5. Dans la plage de composition consid\u00e9r\u00e9e, la structure bcc s'est av\u00e9r\u00e9e avoir une \u00e9nergie inf\u00e9rieure aux \u00e9tats ferromagn\u00e9tique et paramagn\u00e9tique des structures fcc et hcp. Sur la base de la temp\u00e9rature th\u00e9orique de Curie, tous les alliages devraient \u00eatre ferromagn\u00e9tiques \u00e0 temp\u00e9rature ambiante, et la r\u00e9sistance \u00e0 la traction id\u00e9ale dans la direction [001] devrait \u00eatre de 7,7 GPa \u00e0 une d\u00e9formation maximale d'environ 9%. La r\u00e9sistance peut \u00eatre encore augment\u00e9e en abaissant la concentration d'Al. [9].<\/div>\n
Fig.5 Constante \u00e9lastique, temp\u00e9rature de Debye et courbe contrainte-d\u00e9formation de l'alliage \u00e0 haute entropie FeCrCoMnAlx<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Calcul des propri\u00e9t\u00e9s de surface ou d'interface<\/h2>\n
R\u00e9cemment, Yu Lu et al. utilis\u00e9 du m\u00e9tal d'apport de brasage composite Sn9Zn-1Al2O3-xCu pour braser l'alliage d'aluminium 6061, et \u00e9tudi\u00e9 l'effet de l'ajout d'\u00e9l\u00e9ment Cu et de particules Al2O3 sur les performances de brasage. Sur la base de la th\u00e9orie de la th\u00e9orie fonctionnelle de la densit\u00e9 (DFT) et du GGA-PBE, les calculs des premiers principes ont \u00e9t\u00e9 effectu\u00e9s sur la structure interfaciale, l'\u00e9nergie interfaciale, l'angle de contact et les propri\u00e9t\u00e9s \u00e9lectroniques de Al2O3 \/ Sn9Zn. Les calculs montrent que Sn9Zn-1Al2O3-4.5Cu et Sn9Zn-1Al2O3-6Cu ont une structure stable, et les r\u00e9sultats correspondants sont pr\u00e9sent\u00e9s sur les figures 6 et 7 [10].<\/div>\n
Figure 6. Plans de contour avec diff\u00e9rentes diff\u00e9rences de densit\u00e9 de charge pour diff\u00e9rentes structures: \uff08a\uff09 Sn9Zn \u2014 1Al2O3 \uff0c \uff08b\uff09 Sn9Zn \u2014 1Al2O3-4.5Cu<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Figure 7 Densit\u00e9 d'\u00e9tat localis\u00e9e de diff\u00e9rentes structures: \uff08a\uff09 Sn9Zn-1Al2O3, (b) Sn9Zn-1Al2O3-4.5Cu<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Autres applications<\/h2>\n
Par exemple, Kulwinder Kaur et al. utilis\u00e9 la th\u00e9orie fonctionnelle de la densit\u00e9 (DFT) et la th\u00e9orie de la transmission de Boltzmann pour \u00e9tudier les propri\u00e9t\u00e9s thermo\u00e9lectriques \u00e0 haute temp\u00e9rature du fcc HfRhSb. Les figures 8 et 9 montrent la structure de la bande d'\u00e9nergie calcul\u00e9e et la densit\u00e9 des \u00e9tats, ainsi que certains param\u00e8tres physiques. La th\u00e9orie des caract\u00e9ristiques de transmission commence par le calcul de la structure de la bande, la th\u00e9orie de la transmission de Boltzmann dans la bande rigide et l'approximation du temps de relaxation constant (RTA). L'approximation de la bande de performance rigide (RBA) est un outil efficace pour \u00e9tudier la relation entre la structure de la bande et la r\u00e9ponse thermo\u00e9lectrique [11].<\/div>\n
Figure 8 (a) structure de la bande d'\u00e9nergie (b) densit\u00e9 de l'\u00e9tat local complet (c) dispersion des phonons (d) phonon DOS<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Figure 9 Coefficient de Seebeck, conductivit\u00e9, conductivit\u00e9 thermique et efficacit\u00e9 thermo\u00e9lectrique ZT en fonction de la temp\u00e9rature<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

R\u00e9f\u00e9rence<\/h2>\n
1. Heisenberg W. R\u00e9interpr\u00e9tation quantique-th\u00e9orique des relations cin\u00e9matiques et m\u00e9caniques [J]. Z Phys, 1925, 33: 879<\/div>\n
2.Schrodinger E, Quantisierung als eigenwertproblem I [J]. Ann der Phys, 1926, 9: 361<\/div>\n
3. Hohenberg P, Kohn W. Gaz d'\u00e9lectrons inhomog\u00e8ne [J]. Phys Rev B, 1964, 136 (3): 864<\/div>\n
4.Kohn W, Sham L J. \u00c9quations auto-coh\u00e9rentes, y compris les effets d'\u00e9change et de corr\u00e9lation [J]. Phys Rev A, 1965, 140 (4): 1133<\/div>\n
5. Leineweber, T. Hickel, B. Azimi-Manavi, SB Maisel structures Structures cristallines de Fe4C vs Fe4N analys\u00e9es par les calculs DFT: les superstructures interstitielles bas\u00e9es sur Fcc explor\u00e9es [J], Acta Materialia 140 (2017) 433-442<\/div>\n
6.Zhilin Li, Chunyang Xia, Zhengping Zhang, Meiling Dou, Jing Ji, Ye Song, Jingjun Liu, Feng Wang \uff0c Premi\u00e8re \u00e9tude de principe sur la stabilit\u00e9 de phase de la kest\u00e9rite Cu2ZnSnS4 pour les cellules solaires \u00e0 couche mince avec une composition hors st\u0153chiom\u00e9trique [J] \uff0c Journal des alliages et compos\u00e9s 768 (2018) 644-651<\/div>\n
7.Benkabou, H.Rached, A. Abdellaoui, D.Rached, R. Khenata, MH Elahmar, B. Abidri, N. Benkhettou, S.Bin-Omran \uff0c Structure \u00e9lectronique et propri\u00e9t\u00e9s magn\u00e9tiques des alliages quaternaires Heusler CoRhMnZ (Z = Al, Ga, Ge et Si) via des calculs de premier principe [J] \uff0c Journal of Alloys and Compounds 647 (2015) 276-286<\/div>\n
8. Huijin Song, Peng Gu, Xinghua Zhu, Qiang Yan, Dingyu Yang \uff0c \u00c9tude de la structure \u00e9lectronique et des propri\u00e9t\u00e9s optiques des films TiN bas\u00e9e sur le premier principe [J] \uff0c Physica B: mati\u00e8re condens\u00e9e 545 (2018) 197-202<\/div>\n
9. Huo Huang, Xiaoqing Li, He Huang, Erik Holmstro \u20ac m, Levente Vitos, Performances m\u00e9caniques des alliages \u00e0 haute entropie FeCrCoMnAlx du premier principe [J], Chimie des mat\u00e9riaux et physique 210 (2018) 37-42<\/div>\n
10.Yu Lu, Le Ma, Shu-yong Li, Wei Zuo, Zhi-qiang Ji, Min Ding \uff0c Effet de l'addition d'\u00e9l\u00e9ments Cu sur le comportement interfacial et les propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques des alliages d'aluminium 6061 Sn9Zn-1Al2O3 \u00e0 souder: calculs de premier principe et recherche exp\u00e9rimentale [J] \uff0c Journal of Alloys and Compounds 765 (2018) 128-139<\/div>\n
11.Kulwinder Kaur, Ranjan Kumar, DP Rai, Une r\u00e9ponse thermo\u00e9lectrique prometteuse du compos\u00e9 HfRhSb demi Heusler \u00e0 haute temp\u00e9rature: une premi\u00e8re \u00e9tude de principe [J], Journal of Alloys and Compounds 763 (2018) 1018-1023<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

The first principle is actually a philosophical term put forward by the ancient Greek philosopher Aristotle: there is a basic proposition in each system, which cannot be violated or deleted.The first principle is actually a philosophical term put forward by the ancient Greek philosopher Aristotle: there is a basic proposition in each system, which cannot…<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[79],"tags":[],"jetpack_featured_media_url":"","jetpack_sharing_enabled":true,"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1785"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1785"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1785\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1785"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1785"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1785"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}