154 research outputs found
Dichtheidsfunctionaaltheoriestudies in de nucleaire vaste-stoffysica: hyperfijninteracties voor lanthanide-onzuiverheden in ijzer en de temperatuursafhankelijkheid van de elektrische-veldgradiënt in metalen.
No full textstatus: Publishe
Dichtheidsfunctionaaltheoriestudies van transitiemetalen: kleine (Fe, Co)-clusters in fcc Ag, en de spindichtheidsgolf in bcc chroom.
No full textIn dit werk werden kleine magnetische clusters in een niet-magnetisch ga strooster en de spindichtheidsgolf in chroom bestudeerd door middel van ab initio berekeningen. Het is geweten dat de magnetische momenten van kleine Fe- en FeCo- clusters in een Ag-gastrooster fluctueren. Dit in tegenstelling tot de momenten van grotere clusters. Voor kleine clusters (een enkele Fe-onzuiverheid of monomeer en een cluster bestaande uit twee atomen of dimeer), en dus voor lage concentraties, kan Mössbauer spectroscopie gebruikt worden om het magnetisch gedrag te bestuderen. Hoewel beide clustertypes van elkaar onderscheidbaar zouden moeten zijn op basis van hun verschillende hyperfijnparameters, zijn de Mössbauer spectra van deze systemen vrij structuurloos. Dientengevolge is een unieke interpretatie van de data vaak onmogelijk. Om deze onzekerheid over de analyze te reduceren hebben we Mössbauer data gecombineerd met informatie uit ab initio berekeningen. Door de berekende resultaten voor zuivere Fe-clusters en zuivere Co-clusters in Ag the vergelijken met experimentele data hebben we eerst de betrouwbaarheid van deze methode aangetoond. Vervolgens werd een nieuwe reeks Mössbauer spectra voor FeCo-clusters in Ag, opgemeten over een breed temperatuursgebied (van kamertemperatuur tot 6 mK), geanalyzeerd hierbij gebruik makend van informatie uit ab initio berekeningen voor deze systemen. Via deze aanpak zijn we erin geslaagd kwantitatieve informatie te vergaren betreffende de temperatuursafhankelijkheid van de fluctuatiefrekwentie voor paramagnetische Fe-onzuiverheden en superparamagnetische FeCo-dimeren. Uit de analyze volgt dat beide onzuiverheidssystemen aan hoge frekwenties fluctueren voor temperaturen van enkele Kelvin en hoger. De frekwentie van de dimeer ligt hoger dan de overeenkomstige frekwentie van de monomeer, maar de eerste vertraagt sneller met dalende temperatuur. Bij 6 mK fluctueert het magnetisch moment van de Fe-monomeer nog steeds, in tegenstelling tot de momenten van de FeCo-dimeer. Zonder bijkomende experimenten kan er echter geen uitspraak gedaan worden over het onderliggende mechanisme van de fluctuaties. In een tweede luik van dit thesisonderzoek werd de spindichtheidsgolf in chroom bestudeerd. Bcc Cr is het enige lichte tot half-zware element wa arvoor de Dichtheidsfunctionaaltheorie de verkeerde grondtoestand voorspelt voor het zuivere materiaal: zuiver antiferromagnetisch in plaats van de experimenteel opgemeten antiferromagnetische spindichtheidsgolf. Onlangs (februari 2006) werd een opmerkelijke oplossing voor dit probleem voorgesteld door Uzdin en Demangeat: het nodon-model. Ze stellen dat de grondtoestand van Cr effectief antiferromagnetisch is, zoals volgt uit de ab initio berekeningen. Voor de bestaande onenigheid tussen berekeningen en experiment geven ze als verklaring dat de spindichtheidsgolf onstaat uit de antiferromagnetische grondtoestand door quasi-deeltje- (of nodon-) excitaties die al bij zeer lage temperaturen optreden. Elke excitatie komt hierbij overeen met de vorming van een knoop in het Cr-rooster. De volgende eigenschappen worden aan deze nodonen toegeschreven: 1) Nodonen kunnen gemakkelijk aangemaakt worden, maar zijn zeer moeilijk te vernietigen. 2) De nodon-nodon interactie is sterk anisotroop: attractief voor afstanden van enkele monolagen langs de [001]-richting, zwak repulsief voor alle andere afstanden langsheen deze richting, sterk repulsief voor afstanden kleiner dan de naaste-buur Cr-Cr-afstand in alle richtingen loodrecht op de [001]-richting, en attractief voor alle andere afstanden in deze richtingen. 3) Wanneer twee nodonen samenkomen, zullen ze elkaar volledig annihileren en lokaal zal de antiferromagnetische toestand hersteld worden. Aan de hand van verschillende reeksen van ab initio berekeningen hebben we getracht deze nodon-eigenschappen te verifiëren. Er kon een minimale knoop-knoop-afstand van 20 monolagen worden afgeleid voor een antiferromagnetisch moment van 0.59 μB. We vonden eveneens dat de interactie-afstand afhankelijk is van de grootte van het antiferromagnetisch moment. Het voorgestelde repulsieve karakter van de knoop-knoop-interactie langs de [001]-richting werd gevonden voor knoop-knoop-afstanden van minstens 14 monolagen, de interactie is attractief voor kortere afstanden, wat uiteindelijk leidt tot spontane annihilatie van de knopen op een afstand van 4 monolagen. Tenslotte werd ook een ondergrens voor de vormingsenergie van een enkele knoop van 37.8-142.5 meV/atom afgeleid. Er traden geen inconsistenties met het voorgestelde nodon-model op. Daarna hebben we in een laatste stap het nodon-model gebruikt in combinatie met ab initio berekeningen om de spindichtheidsgolf gedopeerd met onzuiverheden te bestuderen. Met behulp van het nodon-model kon het experimenteel geobserveerde pinnen van de buiken verklaard worden en de berekeningen onthulden een gedeeltelijke annihilatie wanneer Sn-vlakken en Cr-knopen in elkaars nabijheid komen. Om geïsoleerde onzuiverheden in Cr te simuleren werden 25 % Sn- en 75 % Cr-vlakken ingebed in bulk Cr. Ook hier vond gedeeltelijke annihilatie plaats. Bovendien hebben we aangetoond dat, in tegenspraak met de geldende aannames, de hyperfijnveldgolf van de onzuiverheden vervormd is in vergelijking met de zuivere spindichtheidsgolf. Deze observatie is van belang wanneer Sn- en Cd-onzuiverheden gebruikt worden om de vorm van de spindichtheidsgolf te bestuderen. Besluit: Voor de studie van magnetische clusters in een niet-magnetisch gastrooster maakt de combinatie van ab initio berekeningen met experimentele data het mogelijk om het paramagnetisch en superparamagnetisch gedrag van de onzuiverheden beter te beschrijven. Deze kwantitatieve procedure om hyperfijnparameters en fluctuatiefrekwenties van kleine clusters te vergaren, is niet alleen bruikbaar voor het geval van Fe en FeCo onzuiverheden in Ag, maar kan ook meer algemeen toegepast worden. Het zou bijvoorbeeld zeer interessant zijn om een gelijkaardige analyze uit te voeren voor FeFe dimeren om aldus na te gaan of de fluctuaties al dan niet bij dezelfde temperatuur invriezen, of om de studie te herhalen voor grotere onzuiverheidsconcentraties zodat ook grotere clusters aanwezig zijn. Zo kan het verloop van de 'vriestemperatuur' als functie van clustergrootte nagegaan worden. Zulk een onderzoek kan bijdragen tot een gedetailleerd begrip van het magnetisch gedrag van kleine magnetische clusters in het Fe/Ag systeem. De ab initio studie van de spindichtheidsgolf in Cr stelde ons in staat het nodon-model van Uzdin en Demangeat op de proef te stellen. Hierbij werden geen inconsistenties vastgesteld. De studie van de spindichtheidsgolf in Cr is nog steeds in volle groei. Men kan verscheidene bijkomende berekeningen bedenken om de geldigheid van het nodon-model verder te onderzoeken, bijvoorbeeld berekeningen om de voorgestelde aantrekking tussen knopen in een knopenvlak na te gaan. Ook een studie van de eigenschappen van de spindichtheidsgolf en van onzuiverheden als functie van onzuiverheidsconcentratie in Cr zou zeer interessant zijn. Spijtig genoeg bevonden de berekeningen die uitgevoerd werden voor deze thesis zich op de grens van de mogelijkheden van ons computersysteem. Gelukkig worden computer steeds sneller en sterker. Dit voedt de hoop dat ook zwaardere berekeningen al in de zeer nabije toekomst haalbaar zullen worden.status: Publishe
The devil in the details: lessons from Li6PS5X for robust high-throughput workflows
No full textHigh-throughput computational screening has become a powerful tool in materials science for identifying promising candidates for specific applications. However, the effectiveness of these methods relies heavily on the accuracy and appropriateness of the underlying models and assumptions. In this study, we use the popular argyrodite solid-state electrolyte family Li6PS5X (X = Cl, Br, I) as a case study to critically examine key steps in high-throughput workflows and highlight potential pitfalls. We demonstrate some of these pitfalls by highlighting the importance of careful structural considerations, including symmetry breaking and site disorder, and examine the difference between 0 K thermodynamic stability and finite-temperature stability based on temperature-dependent Gibbs free energy calculations. Furthermore, we explore the implications of these findings for the ranking of candidate materials in a mini-throughput study in a search space of isovalent analogs to Li6PS5Cl. As a result of these findings, our work underscores the need for balanced trade-offs between computational efficiency and accuracy in high-throughput screenings, and offers guidance for designing more robust workflows that can better bridge the gap between computational predictions and experimental realities.This work has been funded as an innovation project by the VLAIO agency (Flanders Innovation & Entrepreneurship), with the acronym SCONE, and by a bilateral Umicore/Ghent University project with the acronym BRIDGE. The authors gratefully acknowledge discussions and collaboration with the SCONE project partners from Umicore (Vishank Kumar, Alexander Hofmann and Florencia Marchini) and CICe (Alfonso Gallo and Javier Carrasco). The computational resources and services used in this work were provided by the VSC (Flemish Supercomputer Center). S. C. acknowledges nancial support from OCAS NV by an OCAS-endowed chair at Ghent University
Coordination dependence of hyperfine interactions at impurities on fcc metal surfaces. I. Electric-field gradient
No full textWe present a comparison between accurate ab initio calculations and a high-quality experimental data set (1986-2002) of electric-field gradients of Cd at different sites on Ni, Cu, Pd, and Ag surfaces. Experiments found a systematic rule to assign surface sites on (100) and (111) surfaces based on the main component of the electric-field gradient, a rule that does not work for (110) surfaces. Our calculations show that this particular rule is a manifestation of a more general underlying systematic behavior. When looked upon from this point of view, (100), (111) and (110) surfaces behave in precisely the same way. The physical mechanism behind the systematics of the EFG for other 5sp impurities (Cd-Ba) at different fcc surfaces sites is revealed, showing in a natural way why the first half of the 5p elements shows a coordination dependence that is opposite with respect to the second half
Queue Manager: high-throughput density-functional theory screening software for materials discovery and design
No full textAb initio screening of suitable tungsten alloys as first-wall material in nuclear fusion reactors
No full textDensity functional theory as a tool to get more out of experimental data: case-studies for Al-Zn-O and for the interaction between Po and Pb-Bi-eutectic
No full text
The production and molecular occurrence of radiotoxic Po-210 in nuclear fusion and fission reactors
No full textγ'-Fe4N: facts, hypotheses and open questions
No full textBy reviewing the experimental and theoretical literature on γ’-Fe4N, and by a systematic survey of predictions by the LDA, PBE, WC, LDA+U (2x), PBE+U (2x), and B3PW91 exchange-correlation functionals, the structural, magnetic and hyperfine properties of this material as well as their pressure dependencies are interpreted. The hypothesis is put forward that γ’-Fe4N as found in nature is exactly at a sharp transition between low-spin and high-spin behaviour. PBE+U (U=0.4 eV) is identified as the most accurate exchangecorrelation functional for this material, although it is needed to fix the magnetization at the experimental value to obtain a satisfying description. Remaining disagreement between theory and experiment is pointed out. A recent experimental claim for a giant magnetic moment in γ’-Fe4N is discussed, and is not reproduced by our calculations
- …
