Энергетическое обоснование образования димеров иттербия в монокристаллах форстерита

Проведено структурное компьютерное моделирование иттербийсодержаших кристаллов форстерита. Моделирование проводилось методом межатомных потенциалов с использованием программного комплекса GULP 4.1 (General Utility Lattice Program). Рассмотрены разные механизмы растворения иттербия в кристаллах форстерита, рассчитаны энергии растворения изолированных дефектов, а также заряженных и нейтральных кластеров различной конфигурации. Результаты расчета свидетельствуют о том, что образование кластеров иттербия с магниевой вакансией дает существенный выигрыш в энергии растворения. Образование нейтральных кластеров (димеров) в позиции М1: (Yb$_{\mathrm{Mg1}}\nu_{\mathrm{Mg1}}$Yb$_{\mathrm{Mg1}})^\times$ дает энергетический выигрыш в 1.7 eV по сравнению со статистическим распределением дефектов. В результате моделирования показана энергетическая обусловленность образования димеров иттербия в кристаллах форстерита и предложена модель наиболее энергетически выгодного центра для позиции М1 – димера, состоящего из пары ионов трехвалентного иттербия с магниевой вакансией между ними, которые образуют цепочку, параллельную кристаллографической оси $c$.