First-principles study of the ternary effects on the plasticity of $$\upgamma $$-TiAl crystals

We studied the effects of important ternary elements, such as Cr, Nb, and V, on the plasticity of $$\upgamma $$ γ -TiAl crystals by calculating the point defect formation energy and the change in the generalized stacking fault energy (GSFE) surface from first-principles calculations. For all three elements, the point defect formation energies of the substitutional defects are lower in the Ti site than in the Al site, which implies that substitution on the Ti site is energetically more stable. We computed the GSFE surfaces with and without a substitutional solute and obtained the ideal critical resolved shear stress (ICRSS) of each partial slip. The change in the GSFE surface indicates that the substitution of Ti with Cr, Nb, or V results in an increase in the yield strength because the ICRSS of the superlattice intrinsic stacking fault (SISF) partial slip increases. Interestingly, we find that Cr substitution on an Al site could occur owing to the small difference between the substitutional defect formation energies of the Ti and Al sites. In that case, the reduction of ICRSSs of the SISF partial slip and twinning would lead to improved twinnability. We discuss the implications of the computational predictions by comparing them with experimental results in the literature.

Predicted strong spin-phonon interactions in Li-doped diamond

DFT calculations of the Li substitutional defect in diamond indicate that the quartet spin state is lower in energy than the doublet, with unprecedented differences in the frequency and intensity in the Raman spectra of the two states.

The manipulation of substitutional defects for realizing high thermoelectric performance in Mg3Sb2-based Zintl compounds

By optimizing the concentration of the substitutional defect PrMg1, Mg3.2Pr0.02Sb1.5Bi0.5 exhibits a peak zT value of 1.70 at 725 K.

Υπολογιστική μελέτη νανοδομημένων υλικών με εφαρμογές στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας

Η παγκοσμιοποιημέμη αγορά, ο σύγχρονος καταναλωτικός τρόπος ζωής, η υπερεκμετάλλευση των φυσικών πόρων και η εξάρτηση από τις εξαντλήσιμες πηγές ενέργειας καθιστούν αναγκαία την εύρεση νέων, πιο καθαρών και ανανεώσιμων μορφών ενέργειας. Η νανοτεχνολογία, ως ένα από το πιο αναπτυσσόμενους τομείς σήμερα, προσφέρει καινοτόμα υλικά που βρίσκουν εφαρμογή στη Παραγωγή και Εξοικονόμηση Ενέργειας. Αρχικά, λοιπόν, παρουσιάζονται κατηγορίες νανοϋλικών και το πώς βοηθούν στην αποθήκευση του υδρογόνου στα Μέσα Μαζικής Μεταφοράς, ώστε η χρήση του να είναι πιο εύκολη, πιο ασφαλής και αρμονικότρεη με την ανθρώπινη καθημερινότητα. Επίσης, μελετούνται νανοδομημένοι ημιαγωγοί (ή αλλιώς κβαντικές τελείες) και το πώς οι μοναδικές τους ιδιότητες αξιοποιούνται σε Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας, στη Βιολογία και στην Ιατρική.Η επίλυση της μη σχετικιστικής χρονοανεξάρτητης εξίσωσης Shrödinger βοηθά στην κατανόηση του τρόπου που συγκροτούνται τα μόρια από άτομα, καθώς και των ηλεκτρονικών, οπτικών και δομικών ιδιοτήτων των μοριακών συστημάτων. Με τη βοήθεια της θεωρίας συναρτησιακού πυκνότητας (Density Functional Theory), και λαμβάνοντας υπόψη την ηλεκτρονιακή συσχέτιση και τις στιγμιαίες ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις των ηλεκτρονίων προβλέπεται η σωστή ποιοτική περιγραφή των ιδιοτήτων των διάφορων συστημάτων.Στη συνέχεια, μελετώνται διάφορα νανοδομημένα μεταλλικά υδρίδια που μπορούν να αποθηκεύσουν το υδρογόνο. Χρησιμοποιώντας, λοιπόν, όλες τις βασισμένες σε πρώτες αρχές (ab initio) υπολογιστικές μεθόδους και καταλήγοντας σε αποτελέσματα με συγκεκριμένες και επιλεγμένες προσεγγίσεις, εξετάστηκε ένας μεγάλος αριθμός διάφορων στοιχείων, δομών και κραμάτων, όπως είναι τα LinAln και τα LinAlnHnx , τα LinBn και τα LinBnHnx , καθώς και οι νανοδομές BnHm και ΑlnHm. Οι υπολογισμοί προσπαθούν να ανακαλύψουν την γεωμετρία των εξεταζόμενων δομών αλλά και την ευαισθησία της συμπεριφοράς τους και τον τρόπο συσχέτισης της ενέργειας εκρόφησης με το μέγεθος των δομών και τον αριθμό των υδρογόνων που περιέχονται σε αυτές.Tέλος, εξετάζονται οι νανοδομημένοι ημιαγωγοί CdSe και ZnS και υπολογίζονται οι βέλτιστες γεωμετρίες τους με ατέλειες (defects) στο εωτερικό των δομών τους. Είτε με αντικατάσταση ατόμων (substitutional defect) είτε με αφαίρεση ατόμων (vacancy defect) στις αρχικές τους δομές, υπολογίζεται το φάσμα απορρόφησης και διαπιστώνεται πώς επηρεάζεται το ενεργειακό χάσμα και κατά πόσο μπορεί να μετακινηθεί στο ορατό φάσμα.

Molecular doping of ZnO by ammonia: a possible shallow acceptor

Ammonia can assume a Zn site in ZnO forming an isovalent substitutional defect, which can become an acceptor by capturing an interstitial H atom.

Analysis of Defect Modes in One-Dimensional Photonic Crystal with a Dielectric-Superconducting Pair Defect

One-dimensional dielectric photonic crystals (PCs) with complex substitutional defect layers, consisting of superconducting (SC) and dielectric sublayers are theoretically studied. The influence of the incidence angle on the photonic gap spectra is theoretically analyzed. The pronounced difference in the transmittivity spectra of the PCs with right-handed (RH) and left-handed (LH) positions of the superconducting defect sublayer with respect to the dielectric defect sublayer is demonstrated. It is observed that, for the case of RH SC defect sublayer, the position of the defect mode and the transmittivity at the defect mode frequency strongly depend on the thickness of the superconducting sublayer as well as on the temperature. But the defect modes of the PCs with LH SC defect sublayer are nearly invariant upon the change of the thickness of the superconducting sublayer and the temperature.

Structural and Photoluminescent Properties of Li-Doped ZnO Film Prepared by Sol-Gel Technique

The effect of an impurity as a donor or an acceptor in ZnO film is determined by its distribution in ZnO lattice. In this paper the distribution of Li is investigated by X-ray diffraction (XRD) and photoluminescence (PL). It is found that Li-doped ZnO films own different dependence on heat treatment temperature by contrast with pure ZnO films. For Li-doped ZnO films, although the crystallinity is promoted after heat treatment at 500oC, it is impeded effectively after heat treatment at 600oC. The abnormal phenomenon implies that Li preferential inhabits at Zn-sublattice to form a substitutional defect as an acceptor unless Li content exceeds its solubility in Zn-sublattice. The change of the PL spectra of pure ZnO films after heat treatment at different temperatures reveals that the PL peak at 650nm origins from interstitial defects. Moreover, with the increase of Li content, the intensity of the peak at 650nm decreases firstly and then increases again. This interesting changing trend further reveals that superfluous Li will enter into the octahedral interspaces as donors. As a conclusion it is proposed that it is difficult to obtain high conductive p-ZnO by monodoping of Li.