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Equiatomic binary phases of Copper‐Rare Earth Elements. An overview of monocuprides from first‐principles calculations

正交晶系 密度泛函理论 化学 标准生成焓 热力学 结晶学 晶格常数 计算化学 物理化学 晶体结构 物理 衍射 光学 有机化学
作者
Riccarda Caputo,Cem Oran,Adem Tekin,P. Villars
出处
期刊:ChemPhysChem [Wiley]
卷期号:24 (6) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/cphc.202200718
摘要

Equiatomic binary phases of copper with rare earth (RE) elements exhibit either primitive cubic ( Pm3‾m${Pm\bar 3m}$ ) or orthorhombic (Pnma) structures and in some cases both. By using density functional theory (DFT), we calculated the enthalpies of formation along the series of RE elements combined equimolarly with copper. For RE from Sc to Lu, the calculated enthalpies of formation fall in the range -49.8 kJ/mol for LuCu to -9.1 kJ/mol for the least thermodynamically stable CeCu. Except NdCu, all the other cubic or orthorhombic compounds exhibit lattice stability. Either forms of NdCu indicated lattice instability. Along the Sc-group, the hypothetical primitive cubic and orthorhombic forms of LuCu are found thermodynamically and mechanically stable. The overall trend of the formation enthalpies as a function of the Meyer Periodic Number is consistent with the energy trend of the 4 f-orbital filling as moving from Sc to Lu monocuprides. In addition, the calculated Gibbs free energies indicate that the thermodynamic stability is largely due to the entropic contributions. All standard DFT calculations were also repeated with DFT+U to better describe the correlation between the 5d-4f and 3d shells of RECu compounds. It has been found that DFT+U slightly affects the enthalpies of formation of RECu binaries. Moreover, DFT+U shifts up the f-band energies of RECu with light RE elements (such as La, Ce and Pr) and in contrast lowers them in the case of RECu with heavy RE elements from Nd to Lu.
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