結果與討論圖1. MGe2（M=V，Nb和Ta）晶體結構MGe2的三維視圖、側視圖和俯視圖如圖1所示，其中每個晶胞包括三個M原子和六個Ge原子。M原子與十個Ge原子建立了十坐標幾何結構，而Ge原子與五個M原子和五個Ge原子相連。圖2. MGe2（M=V，Nb和Ta）的聲子色散譜MGe2（M=V，Nb和Ta）的聲子色散譜如圖2所示，其具有27個聲子分支，其中三個較低的分支是聲學分支，而其他的則是光學分支。在整個布里淵區(qū)中，所有原子的頻率都是正的，這表明所有化合物都具有動力學穩(wěn)定性。圖3. MGe2（M=V，Nb和Ta）上不同彈性模量的三維各向異性分布MGe2（M=V，Nb和Ta）化合物彈性模量的三維（3D）各向異性分布如圖3所示，對于各向同性材料，其三維分布為完全球形。如圖3所示，壓縮性、剪切模量和楊氏模量的3D分布表明MGe2（M=V，Nb和Ta）化合物具有各向異性。圖4. MGe2（M=V，Nb和Ta）的能帶結構和PDOS如圖4所示，作者研究了MGe2（M=V，Nb和Ta）的能帶結構和電子態(tài)密度，并且MGe2（M=V，Nb和Ta）沒有帶隙，這有助于價電子進入導帶，進而表明它們具有金屬性質。此外，對于VGe2、NbGe2和TaGe2，在費米能級處的TDOS計算值分別為5.41state/eV、3.62 state/eV和3.21 state/eV。價態(tài)M?d軌道和Ge-4p軌道在費米能級的TDOS中起主要作用。與Nb和Ta相比，原子V具有最高的部分態(tài)密度。此外，費米能級以上和以下的TDOS值主要來源于M?d和Ge-4p軌道。圖5. MGe2（M=V，Nb和Ta）的光學參數(shù)（介電常數(shù)實部和虛部，折射率和消光系數(shù)）介電常數(shù)的實部與電極化有關，虛部與入射光能的吸收有關。圖5（a和b）分別說明了介電常數(shù)的實部和虛部，其中實部隨著光子能量的增加而急劇下降，然后幾乎保持零值。與其他兩種材料相比，TaGe2在可見光范圍內具有最高的介電常數(shù)。另一方面，TaGe2的虛部在可見光范圍內呈現(xiàn)最低值。此外，折射率（n）和消光系數(shù)（k）是另外兩個關鍵參數(shù)，具體如圖5（c和d）所示。這三種化合物的折射率靜態(tài)值幾乎相同，然而，TaGe2的下降率與其他的非常不同。而消光系數(shù)的值在可見光范圍內隨著能量的增加而增加，VGe2和NbGe2的增加率比TaGe2更高。因此，與TaGe2相比，VGe2和NbGe2具有更高的光學吸收性質。圖6. MGe2（M=V，Nb和Ta）的光學參數(shù)（吸光度、反射率、電導率和損失函數(shù)）如圖6（a和b）所示，VGe2、NbGe2和TaGe2的吸收隨著光子能量的增加而增加，在UV區(qū)域分別高達5.3、7.5和12.7eV。然而，在特定的光子能量（比如2eV）下，TaGe2化合物的光子吸收為0.4×105cm?1，而VGe2和NbGe2化合物分別為1.0×105cm?1和1.1×105 cm?1。在圖6（b）中，這三種化合物的反射率在可見光范圍內保持不變。如果材料的反射率大于44%，則可以減少太陽能加熱。而這些化合物的反射率在可見光范圍內甚至在紫外線區(qū)域附近都不會低于50%。因此，它們可以作為減少太陽能加熱的涂層材料。圖6（c和d）顯示了MGe2（M=V，Nb和Ta）化合物的光學電導率和損耗函數(shù)光譜。因為這些化合物沒有帶隙，所以電導率曲線從零開始。VGe2在4.08eV處具有最高峰值，而NbGe2在~6.0eV處獲得相對較低的峰值；然而，與NbGe2相比，TaGe2的峰值向更高的能量移動。此外，能量損失函數(shù)定義了電子在穿過固體時的損失能量。其中VGe2在17.66eV處具有較低的等離子體頻率，NbGe2和TaGe2的等離子體頻率分別偏移到19.76eV和39.1eV。圖7. MGe2（M=V，Nb和Ta）的晶格熱導率，恒定體積下的比熱Cv，恒定壓力下的比熱Cp和化合物的線性熱膨脹系數(shù)與溫度的關系如圖7（a）所示，隨著溫度的升高，這三種化合物的Kph值都降低。如圖7（b）和圖7（c）所示，恒定體積下的比熱Cv和恒定壓力下的比熱Cp都隨著溫度的升高而增加，并且在500K時幾乎達到恒定值。相應的順序分別為67.8（TaGe2）>66.7（NbGe2）>65.3（VGe2）和68.1（TaGe2）>66.9（NbGe2）>65.6（VGe2）。而對于線性熱膨脹系數(shù)（圖7d），這三種化合物的值都是相似的。結論與展望MGe2（M=V，Nb和Ta）化合物具有動態(tài)和機械穩(wěn)定性，并且都具有脆性（NbGe2<VGe2<TaGe2）和彈性各向異性，而MGe2（M=V，Nb和Ta）的硬度值分別為16.95、14.96和19.6GPa。作者研究了不同的光學參數(shù)（介電常數(shù)、反射率、吸收系數(shù)、光電導率、折射率和損耗函數(shù)）和熱性質（熱導率、熱膨脹系數(shù)、德拜溫度、比熱和熔點），并且發(fā)現(xiàn)所有這些化合物在可見光和近紫外區(qū)域的反射光譜均大于50%，證明了它們可以作為涂層材料。最后，該工作可以為未來的研究提供數(shù)據(jù)參考。文獻信息M.H. Kabir et.al First principles study of mechanical, thermal, electronic, optical and superconducting properties of C40-type germanide-based MGe2 (M = V, Nb and Ta) ，results in physics 2023https://doi.org/10.1016/j.rinp.2023.106701【做計算 找華算】計算內容涉及OER、HER、ORR、CO2RR、NRR自由能臺階圖、火山理論、d帶中心、反應路徑、摻雜、缺陷、表面能、吸附能等。添加下方微信好友，立即咨詢：
