Практическая часть

Работа выполняется с применением пакета программ Chem 3d Pro, который подробно описан в работе №1 настоящего сборника. Chem 3d Pro достаточно точно анализирует силы и энергию электростатического взаимодействия с помощью приложения ММ2, и позволяет моделировать системы, состоящие из нескольких сотен ионов. Однако, расчет больших систем требует много времени, особенно на компьютерах невысокой мощности, поэтому при выполнении настоящей работы не рекомендуется вводить более 300 ионов.

При построении модели кристалла следует помнить, что на его поверхности силы не уравновешены, что приводит к поверхностным искажениям. Величину этих искажений можно измерить на модели, а для правильного определения параметров самого кристалла нужно выбирать области, симметрично окруженные ионами со всех сторон. Вводить исследуемые дефекты нужно также во внутренние слои модели.

Для построения модели ионного кристалла, например NaCl, не следует набирать текстом эту формулу, т.к. Chem 3d Pro выведет на дисплей нейтральную молекулу. Текстом нужно набрать символ отдельного иона с указанием заряда: "Na+1"; или "Cl-1". Введя на экран дисплея две-три пары разноименных ионов можно подать команду минимизации энергии в приложении ММ2. Дальнейшее строительство кристалла рационально выполнять прогрессирующим копированием полученного блока. С целью ускорения счета и избежания ошибок старайтесь соединять блоки разноименными зарядами. Для замены какого-либо иона на другой нужно включить команду ввода текста, выделить курсором намеченный ион, в появившейся рамке набрать обозначение нового иона и нажать "Enter". Для создания вакансии выделите ион и нажмите "Delete". Краевую дислокацию можно создать, вырезав из кристалла полоску ионов. Обратите внимание, что для сохранения периодичности кристалла из него нужно вырезать не одну полуплоскость, а две. После каждой операции следует запускать команду минимизации энергии.

Задания

1. Постройте модель трех- или пятислойного кристалла NaCl размером 77 ионов в плоскости [001], что бы в центре находился анион. Измерьте период решетки для первой координационной сферы в центре (а₀) и на краю (а_к) кристалла, энергию формирования, оцените краевые искажения как  = 100% (а_к- а₀)/а₀. Измерьте период решетки для второй координационной сферы.

2. Замените центральный ион, на другой той же группы, например, Cl-1 на Br-1; после минимизации энергии определите смещение соседних ионов для первой и второй координационной сферы и вычислите изменение энергии системы.

3. Удалите центральный ион измерьте деформацию решетки вокруг вакансии для первой и второй координационной сферы и вычислите изменение энергии системы.

4. Постройте модель трех- или пятислойного кристалла NaCl размером 1212 ионов в плоскости [001], проведите минимизацию энергии, запишите значение последней. Вырежьте из кристалла полуплоскость размером 26 ионов и запустите команду минимизации энергии. Для упрощения счета рекомендуется слегка сблизить края разреза вручную. Оцените деформацию решетки вокруг полученной дислокации и вычислите изменение энергии системы.

5. Составьте отчет о выполненной работе. Зарисуйте схематически полученные изображения, укажите найденные параметры, сделайте выводы по каждому пункту задания.