О химической связи и распределении гелия в ГПУ бериллии

Abstract

Методами ab-initio моделирования исследованы плотности электронных состояний и пространственное распределение электронной плотности в системе ГПУ бериллий–гелий. Обнаружено, что вопреки предсказаниям модели «желе» энергетически наиболее выгодной междоузельной конфигурацией является та, в которой атом гелия расположен в наиболее стесненной позиции — на треугольной грани двух смежных тетраэдров, где зарядовая плотность электронов бериллия максимальна. Установлено, что это происходит благодаря гибридизации электронных состояний гелия и ближайшего атома бериллия. Энергия связи гелия составляет около 5,6 эВ. Детально изучено пространственное распределение зарядовой плотности. Выполнен расчет энергии растворения атома гелия в ГПУ бериллии. Рассмотрены случаи расположения гелия в узлах решетки, в различных междоузельных положениях и в дивакансионных комплексах. Установлено, что внедренный в ГПУ бериллий гелий, способствует формированию дивакансий.

Методами ab-initio моделювання досліджено щільність електронних станів і просторовий розподіл електронної щільності в системі ГЩП берилій–гелій. Виявлено, що усупереч пророцтвам моделі «желе» енергетично найбільш вигідною міжвузловою конфігурацією є та, в якій атом гелію розташовано в найбільш обмеженій позиції — на трикутній грані двох суміжних тетраедрів, де зарядова густина електронів берилія максимальна. Встановлено, що це відбувається завдяки гібридизації електронних станів гелію і найближчого атома берилія. Енергія зв'язку гелію складає близько 5,6 еВ. Детально вивчено просторовий розподіл зарядової густини. Виконано розрахунок енергії розчинення атома гелію в ГЩП берилії. Розглянуто випадки розташування гелію у вузлах гратки, в різних міжвузлових положеннях і в дівакансійних комплексах. Встановлено, що гелій, впроваджений в ГЩП берилій, сприяє формуванню дівакансій.

The electron density of states and electron charge distribution in the hcp Be – He system are investigated using first principle ab-initio calculations. It is found, that, contrary to predictions of the “jelly” model, that the most energetically favorable position of helium atom is located at the triangle face of two adjacent tetrahedra. At this position the electron density of beryllium atoms has a maximum value and there is a chemical bonding between helium and beryllium. The calculated binding energy of helium is approximately 5.6 eV. The hybridisation of electronic states and electronic charge distribution are investigated in details. The solution energy of He in hcp Be is calculated. Various interstitial positions of He and small helium-vacancy complexes in hcp Be are investigated. It is shown, that helium at substitution position favors formation of divancies.