Stability of Bcc and Fcc structures in Alkaline and Earth-Alkaline Elements. Dipolar corrections to metallic bonding potential

Fernando Carreño Navas (Universidad de Sevilla). Tutora: Clara Conde

Las estructuras cristalinas constituyen un componente esencial en nuestra comprensión de los materiales, aunque entender por qué una estructura cristalina predomina sobre otra en la formación de sólidos presenta un desafío significativo. Este fenómeno se muestra claramente en el caso de los alcalino-terreos, donde el calcio y el estroncio adoptan una estructura fcc, mientras que el bario, a pesar de sus similitudes, cristaliza en una estructura bcc.

El artículo se fundamenta en esta observación para desarrollar un modelo que no solo permita distinguir la estabilidad de las estructuras fcc y bcc en alcalinos, alcalino-terreos y aluminio, sino que también tenga la capacidad de predecir propiedades relevantes de estos elementos.

En la construcción inicial del modelo, se incorpora un potencial que contempla las interacciones atractivas entre el núcleo y sus electrones, así como las repulsivas generadas por el confinamiento fermiónico en la celda de Wigner-Seitz. Aunque esta aproximación es robusta, no considera la interacción con el resto de los elementos en la red cristalina, lo que lleva a que la estructura preferida sea la de menor compacidad, es decir, bcc, por lo que no responde a lo observado.

Para superar esta limitación y diferenciar entre las estructuras, se introduce la interacción dipolar mediante un potencial de Lenard-Jones. Esta interacción dipolar se emplea para incorporar los efectos de la red cristalina que favorecen la compacidad y por ello la formación de la estructura fcc, que exhibe un mayor número de coordinación en comparación con la bcc. La aplicación del modelo resulta en una clara diferenciación entre las estructuras fcc y bcc, lo que proporciona una explicación para las variaciones en la cristalización de los elementos antes mencionados. Además, el modelo puede extenderse a aleaciones binarias, pudiendo explicar la transición en la fase estructural observada en la aleación Ba-Ca.

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