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（介電常數實部和虛部，折射率和消光系數）介電常數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。另一方面，TaGe2的虛部在可見光范圍內呈現最低值。此外，折射率（n）和消光系數（k）是另外兩個關鍵參數，具體如圖5（c和d）所示。這三種化合物的折射率靜態值幾乎相同，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（吸光度、反射率、電導率和損失函數）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（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）化合物具有動態和機械穩定性，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（介電常數、反射率、吸收系數、光電導率、折射率和損耗函數）和熱性質（熱導率、熱膨脹系數、德拜溫度、比熱和熔點），并且發現所有這些化合物在可見光和近紫外區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據參考。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：
