Mg3Bi2'un katı ve sıvı fazlarda moleküler dinamik simülasyonu

Abstract

Magnezyumun (Mg) bizmut (Bi) ile olan alaşımları hem fiziksel hem de kimyasal açıdan bilim insanlarının ilgisini çekmiştir. Katı Mg3Bi2, α ve β fazlarına sahiptir. α-Mg3Bi2 antiLa2O3 kristal yapı grubuna dahil bir yarıiletkendir. Ancak, erime sıcaklığından (1094K) önce yaklaşık 976K’ de Mg iyonlarının oluşturduğu altyapı ikinci dereceden yapısal bir faz geçişine uğrar ve β fazına geçerek süperiyonik iletken olur. Süperiyonik iletkenlerin günümüzde yakıt hücreleri, katı piller, zararlı gaz ayrıştırıcıları gibi pek çok kullanım alanı vardır. Ancak süperiyonik iletken olan Mg3Bi2 üzerine yapılan araştırmalar oldukça sınırlıdır. Bu araştırmanın amacı öncelikle sistemdeki iyonlar arası etkileşmeleri makul derecede temsil edebilecek bir potansiyel modeli tespit etmek ve potansiyel parametrelerini belirlemektir. Daha sonra sıvı ve katı sistemlerin araştırılmasında sıklıkla kullanılan MOLDY isimli moleküler dinamik simülasyon programını bu etkileşme potansiyeline göre düzenleyerek, Mg3Bi2’ un α, β ve sıvı fazlardaki statik ve iyonik transport özelliklerini incelemektir. Sonuç olarak, sistemin statik özelliklerini düşük sıcaklıklarda incelerken potansiyelden kaynaklanan eksiklikler olduğuna ancak; yüksek sıcaklıklarda hem statik ve transport özelliklerinin hem de faz geçişlerinin yeteri derecede iyi çalışıldığına karar verilmiştir.