Электронно-энергетический ландшафт валентных электронов арсенатных апатитов кальция и кадмия

Abstract

Повнопотенціальним методом ППВ + ло досліджено електронну будову сполук Ca10(AsO4)6F2, Ca10(AsO4)6Cl2, Ca10(AsO4)6(OH)2, Ca10(AsO4)6Br2, Cd10(AsO4)6F2, Cd10(AsO4)6Cl2, Cd10(AsO4)6(OH)2. Проаналізована ступінь викривлення відносно точкової групи Td AsO4-тетраедрів для цих сполук за допомогою релаксації атомних позицій. Досліджено поведінку електронної густини в просторі координат цих сполук за допомогою аналізу Бадера атомів у молекулі (Bader's analysis of atoms in molecules). Встановлено, що для апатитів виду Ca10(AsO4)6X2, де X = F, Cl, OH, заміщення кальцію на кадмій призводить до зменшення ширини енергетичної щілини від 1,5 до 2,0 еВ. Виявлено, що для апатитів ряду Ca10(AsO4)6X2, де X = F, Cl, OH, при заміщенні кальцію на кадмій відбувається розрихлення зв'язку As–O, що виражається як у зменшенні ступеня перекриття парціальних густин станів атомів миш'яку і кисню, так і у зменшенні відтоку електронного заряду з атомів миш'яку на атоми кисню.

Electronic structure of Ca10(AsO4)6F2, Ca10(AsO4)6Cl2, Ca10(AsO4)6(OH)2, Ca10(AsO4)6Br2, Cd10(AsO4)6F2, Cd10(AsO4)6Cl2, Cd10(AsO4)6(OH)2 compounds is studied using the full potential APW + lo method. The degrees of distortions of AsO4 tetrahedra for these compounds with respect to the Td point group are analyzed by means of relaxations of atomic positions. The behavior of the electronic density in space coordinates is investigated using Bader's analysis of atoms in molecules. Apatites in the form of Ca10(AsO4)6X2, where X = F, Cl, OH, are established to decrease band gap widths by 1.5–2.0 eV, when calcium is substituted for cadmium. Apatites in the form of Ca10(AsO4)6X2, where X = F, Cl, OH, are established to decrease the bond strength of As–O bond under the substitution of calcium for cadmium due to both a decrease of degrees of the overlap of partial densities of states of oxygen and arsenic atoms and a decrease of the electronic charge flow from arsenic to oxygen.