Ground-state properties and high-pressure behavior of plutonium dioxide: Density functional theory calculations

德拜模型 体积模量 密度泛函理论 凝聚态物理 热力学 基态 晶格常数 黛比 局部密度近似 反铁磁性 材料科学 化学 原子物理学 计算化学 物理 量子力学 衍射
作者
Ping Zhang,Bao‐Tian Wang,Xian-Geng Zhao
出处
期刊:Physical Review B [American Physical Society]
卷期号:82 (14) 被引量:138
标识
DOI:10.1103/physrevb.82.144110
摘要

Plutonium dioxide is of high technological importance in nuclear fuel cycle and is particularly crucial in long-term storage of Pu-based radioactive waste. Using first-principles density-functional theory, in this paper we systematically study the structural, electronic, mechanical, thermodynamic properties, and pressure induced structural transition of PuO$_{2}$. To properly describe the strong correlation in the Pu $5f$ electrons, the local density approximation$+U$ and the generalized gradient approximation$+U$ theoretical formalisms have been employed. We optimize the $U$ parameter in calculating the total energy, lattice parameters, and bulk modulus at the nonmagnetic, ferromagnetic, and antiferromagnetic configurations for both ground state fluorite structure and high pressure cotunnite structure. The best agreement with experiments is obtained by tuning the effective Hubbard parameter $U$ at around 4 eV within the LDA$+U$ approach. After carefully testing the validity of the ground state, we further investigate the bonding nature, elastic constants, various moduli, Debye temperature, hardness, ideal tensile strength, and phonon dispersion for fluorite PuO$_{2}$. Some thermodynamic properties, e.g., the Gibbs free energy, volume thermal expansion, and specific heat, are also calculated. As for cotunnite phase, besides the elastic constants, various moduli, and Debye temperature at 0 GPa, we have further presented our calculated electronic, structural, and magnetic properties for PuO$_{2}$ under pressure up to 280 GPa. A metallic transition at around 133 GPa and an isostructural transition in pressure range of 75-133 GPa are predicted.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
en完成签到,获得积分10
1秒前
Li发布了新的文献求助10
1秒前
Accept完成签到 ,获得积分10
2秒前
领导范儿应助SYYYP采纳,获得10
3秒前
完美世界应助清爽的凤妖采纳,获得10
5秒前
SPULY发布了新的文献求助10
5秒前
6秒前
6秒前
易海之旅完成签到,获得积分10
8秒前
yibo完成签到,获得积分10
8秒前
8秒前
8秒前
9秒前
5年科研3年毕业完成签到,获得积分10
9秒前
乐观山水完成签到,获得积分10
9秒前
echo发布了新的文献求助10
9秒前
吕佳完成签到 ,获得积分10
10秒前
Zkxxxx应助就学一点点采纳,获得10
10秒前
11秒前
11秒前
1111jfdasfkdanf完成签到 ,获得积分10
12秒前
12秒前
12秒前
唯美发布了新的文献求助10
12秒前
SSYZ发布了新的文献求助10
13秒前
ever完成签到,获得积分10
13秒前
苹果帆布鞋完成签到,获得积分10
14秒前
zy完成签到,获得积分10
14秒前
Neo完成签到,获得积分10
14秒前
十一发布了新的文献求助10
15秒前
kiki134发布了新的文献求助10
15秒前
青鹧完成签到,获得积分20
15秒前
ecwu发布了新的文献求助10
16秒前
16秒前
17秒前
shiyi发布了新的文献求助10
17秒前
DMSO发布了新的文献求助20
18秒前
果实发布了新的文献求助10
18秒前
20秒前
20秒前
高分求助中
Ophthalmic Equipment Market by Devices(surgical: vitreorentinal,IOLs,OVDs,contact lens,RGP lens,backflush,diagnostic&monitoring:OCT,actorefractor,keratometer,tonometer,ophthalmoscpe,OVD), End User,Buying Criteria-Global Forecast to2029 2000
A new approach to the extrapolation of accelerated life test data 1000
Cognitive Neuroscience: The Biology of the Mind 1000
Cognitive Neuroscience: The Biology of the Mind (Sixth Edition) 1000
ACSM’s Guidelines for Exercise Testing and Prescription, 12th edition 588
Christian Women in Chinese Society: The Anglican Story 500
A Preliminary Study on Correlation Between Independent Components of Facial Thermal Images and Subjective Assessment of Chronic Stress 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 冶金 细胞生物学 免疫学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3960936
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3507194
关于积分的说明 11134321
捐赠科研通 3239560
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1790248
邀请新用户注册赠送积分活动 872244
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 803149