Modelling the Structure of Nanoparticle-embedding Matrices: Molecular Dynamics in $\mathrm{Li}_2\mathrm B_4\mathrm O_7$

Представлена новая модель описания межатомных и угловых взаимодействий в твердофазных кристаллических боратах с учетом периодичности структуры. Модель применена для моделирования свойств $\mathrm{Li}_2\mathrm B_4\mathrm O_7$ в диапазоне температур от 0 K до точки плавления и давлений от 0 до 10000 MPa. Моделирование весьма хорошо воспроизводит размеры ячейки, атомные позиции и расстояния в боро-кислородных полиэдрах, а также полярный характер кристаллической структуры. Предсказан сегнето-параэлектрический переход второго рода типа порядок-беспорядок при температуре Кюри ($T_C\approx839$ K) , обусловленный прыжками атомов лития между двумя позициями в решетке. С увеличением или уменьшением давления полная энергия и свойства кристалла при 300 K показывают наличие ступени при $p_t\approx5000$ MPa, предполагающей существование обратимого фазового перехода второго рода. При давлениях ниже $p_t$ объем ячейки следует закону Мурнагана (Murnaghan) с объемным модулем $B_0=15.6$ GPa и его первой производной $B'_0=4.31$ (при атмосферном давлении). В отличие от фазы низкого давления, в которой сосуществуют трех- и четырехкоординированные атомы бора, в фазе высокого давления весь бор четырехкратно координирован. Настоящий подход непосредственно применим для моделирования структуры наноразмерных систем.