МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ И УПРУГИХ СВОЙСТВ КРИСТАЛЛА Y₃Al₅O₁₂

В данной научной работе было проведено комплексное исследование иттрий-алюминиевого граната с применением методов компьютерного моделирования. Проанализированы упругие свойства, а также детально исследованы кристаллические и зонные структуры. При помощи современных вычислительных методов проведено детальное изучение механических параметров материала, таких как модуль упругости и коэффициент Пуассона. Методы виртуального моделирования позволяют детально изучить механические характеристики материала. Основное внимание уделяется созданию и верификации компьютерных моделей, точно отражающих упругие свойства кристалла. Были проведены сравнения значений параметров, получаемых при использовании различных гибридных функционалов, с экспериментальными данными. Виртуальные модели позволили не только детально изучить механические характеристики материала, но и предоставили результаты, существенно близкие к реальным экспериментальным данным. Сравнения проводились по следующим параметрам: параметры ячейки, энергия запрещенной зоны, эффективные заряды атомов кристалла, уравнения состояния и упругие свойства. Так же определены уровни погрешности относительно экспериментальных данных. Представлены результаты анализа кристаллической структуры иттрий-алюминиевого граната, полученные с применением различных обменно-корреляционных гибридных функционалов, таких как B3PW, B3LYP, HSE06, PBE. Этот аспект исследования включает в себя анализ параметров кристаллической решетки, распределение атомов в кристалле и зонную структуру, что важно для полного понимания свойств материала. 

1. Franta D., Mureșan M. G. Wide spectral range optical characterization of yttrium aluminum garnet (YAG) single crystal by the universal dispersion model // Optical Materials Express. – 2021. – Vol. 11. – No. 12. – P. 3930–3945.

2. Kalisky Y. Hosts for Solid-State Luminescent Systems // Wide-Gap Luminescent Materials: Theory and Applications. – Boston, MA : Springer US, 2013. – P. 1–11.

3. Huang Z., Feng J., Pan W. Elastic properties of YAG: First-principles calculation and experimental investigation // Solid state sciences. – 2012. – Vol. 14. – No. 9. – P. 1327–1332.

4. Chen J. et al. Ab initio study of a charged vacancy in yttrium aluminum garnet (Y3Al5O12) // Journal of Physics: Condensed Matter. – 2008. – Vol. 20. – No. 32. – P. 325212.

5. Xu Y. N., Ching W. Y. Electronic structure of yttrium aluminum garnet (Y3Al5O12) // Physical Review B. – 1999. – Vol. 59. – No. 16. – P. 10530.

6. Laun J., Vilela Oliveira D., Bredow T. Consistent gaussian basis sets of double‐and triple‐zeta valence with polarization quality of the fifth period for solid‐state calculations // Journal of Computational Chemistry. – 2018. – Vol. 39. – No. 19. – P. 1285–1290.

7. Peintinger M. F., Oliveira D. V., Bredow T. Consistent Gaussian basis sets of triple‐zeta valence with polarization quality for solid‐state calculations // Journal of Computational Chemistry. – 2013. – Vol. 34. – No. 6. – P. 451–459.

8. Tropf W. J. Yttrium Aluminum Garnet (Y3Al5O12) // Handbook of Optical Constants of Solids. – Academic Press, 1997. – P. 963–986.

9. Xu Y. N., Ching W. Y. Electronic structure of yttrium aluminum garnet (Y3Al5O12) // Physical Review B. – 1999. – Vol. 59. – No. 16. – P. 10530.

10. Spencer E. G. et al. Microwave elastic properties of nonmagnetic garnets // Journal of Applied Physics. – 1963. – Vol. 34. – No. 10. – P. 3059–3060.

11. Kitaeva V. F., Zharikov E. V., Chistyi I. L. The properties of crystals with garnet structure // Physica status solidi (a). – 1985. – Vol. 92. – No. 2. – P. 475–488.