Effet de la pression sur certaines propriétés physiques des composés ternaires BaRh2P2 et CaRh2P2 à partir de calculs ab initio // Effect of pressure on certain physical properties of ternary compounds BaRh2P2 and CaRh2P2 based on ab initio calculations

Abstract

يهدف هذا العمل إلى دراسة تأثير الضغط على بعض الخواص الفيزيائية للمركّبين الثلاثيينBaRh₂P₂وCaRh₂P₂باستخدام الحسابات ab initio ضمن إطار نظرية دالية الكثافة (DFT) . تم إجراء الحسابات باستعمال طريقة الجهد الزائف والموجات المستوية عبر برنامج CASTEP مع استعمال تقريب التدرج المعمم GGAلمعالجة كمون التبادل والترابط لحساب الخواص البنيوية و المرنة و الترموديناميكية. تم تحليل الخواص البنيوية والمرنة والديناميكية الحرارية تحت ضغوط مختلفة بهدف فهم سلوك المركّبين عند الضغط . أظهرت النتائج أن القيم المحسوبة للثوابت الشبكية تتفق جيدًا مع القيم التجريبية ، وأن الضغط يؤدي إلى تغيرات ملحوظة في البنية البلورية خاصة في الاتجاه الموازي للمحور الرباعي . كما بينت الثوابت المرنة المحسوبة أن المركّبين مستقران ميكانيكياً حتى ضغط . 18 GPa تم تحديد المعاملات المرنة الكلية مثل معامل الانضغاط ،معامل يونغ، معامل القصو معامل بواسون ،إضافةً إلى سرعة الموجات الصوتية ودرجة حرارة ديباي باستخدام تقريب Voigt–Reuss–Hill. أظهرت النتائج أن كلا المركّبين يتصفان سلوك مطاوع مع درجة من اللاتناظر المرن. كذلك تمت دراسة التغير في الخصائص الحرارية مع كل من الضغط ودرجة الحرارة بالاعتماد على نموذج ديباي شبه التوافقي ، مما سمح بفهم أعمق لتأثير الضغط على استقرارية وسلوك المركّبين . وأكدت النتائج أن مركبBaRh₂P₂يُظهرميولاًنحوالسلوك فوق الموصلي بخلاف مركبCaRh₂P₂

Dans ce travail, nous avons étudié les propriétés structurales, thermodynamiques et élastiques des composés ternaires CaRh₂P₂et BaRh₂P₂, qui cristallisent dans une structure tétragonale appartenant au groupe d’espace I4/mmm (n° 139). Les calculs ont été réalisés à l’aide de la méthode des pseudo-potentiels et des ondes planes, dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), en utilisant le code CASTEP. Pour décrire les interactions d’échange-corrélation, nous avons adopté l’approximation du gradient généralisé (GGA)sous la forme proposée par Perdew, Burke et Ernzerhof (PBEsol). Lesparamètres structuraux à l’équilibreobtenus présentent unebonne concordance avec les valeurs expérimentales. Le composé CaRh₂P₂montre unediminution plus marquée du paramètre de maille a sous l’effet de la pression, tandis queBaRh₂P₂présente unetendance opposée. Lesconstants élastiques monocristallinscalculées pour les deux composéssatisfont auxcritères de stabilité mécaniquejusqu’à une pression de18 GPa. Le module de compressibilitéainsi que sadérivéeont également été déterminés, et les résultats obtenusmontrent unetrès bonne concordance avec les données rapportées dans la littérature. À partir des constants élastiques Cijobtenus, nous avons analysé la stabilité mécanique des composés, ainsi que leur comportement fragile ou ductile et leur anisotropie. Nous avons également étudié leurs propriétés élastiques isotropes, telles que le module de compression, le module de Young, le module de cisaillement, le coefficient de Poisson et les propriétés associées, sous différentes pressions de 0 à 18 GPa. La vitesse des ondes élastiques et la température de Debye ont également été déterminées, en appliquant les approximations de Voigt, Reuss et Hill. Le rapport de Pugh, la pression de Cauchy et le coefficient de Poisson indiquent un comportement ductile pour les composés étudiés. BaRh₂P₂ présente des caractéristiques supraconductrices, contrairement àCaRh₂P₂, ce qui est confirmé par les calculs de la longueur des liaisons intercalaires PP. Nous avons également exploré et discuté la variation de certains paramètres thermodynamiques, en fonction de la température à des pressions données, ainsi qu’en fonction de la pression à des températures données, en utilisant le modèle quasi-harmonique de Debye

This study focuses on the structural, thermodynamic, and elastic properties of the ternary materials CaRh₂P₂ and BaRh₂P₂, which crystallize in the tetragonal structure and belong to the I4/mmm (No. 139) space group, using the plane-wave pseudopotential approach within the framework of density functional theory (DFT), as implemented in the CASTEP simulation package. The exchange-correlation interactions were treated using the generalized gradient approximation (GGA) in the PBEsol formulation developed by Perdew, Burke, and Ernzerhof. The equilibrium structural parameters closely match the experimental values. CaRh₂P₂ exhibits a more significant reduction in the lattice parameter "a" under pressure, whereas BaRh₂P₂ shows the opposite trend. The calculated single-crystal elastic constants for both compounds satisfy the mechanical stability criteria under pressures up to 18 GPa. The bulk modulus and its pressure derivative are in good agreement with available data. Based on the calculated elastic constants, we investigated the mechanical stability of these materials, as well as their ductile/brittle behavior and elastic anisotropy. We explored the elastic properties of the studied materials, including isotropic elastic moduli (bulk modulus, shear modulus, Young’s modulus, and Poisson’s ratio), and related properties under pressures up to 18 GPa, such as elastic wave velocity and Debye temperature, using the Voigt, Reuss, and Hill approximations. The Cauchy pressure, Pugh’s ratio, and Poisson’s ratio indicate ductile behavior for the studied materials. BaRh₂P₂ exhibits superconducting characteristics. In contrast to CaRh2P2, as confirmed by the calculated interlayer P–P bond lengths, the quasi-harmonic Debye model was applied to investigate the temperature dependence of several properties. The outcomes show good agreement with the elastic constants, supporting the reliability of the obtained results