http://dspace.nbuv.gov.ua:80/handle/123456789/110431 2026-04-20T12:07:10Z http://dspace.nbuv.gov.ua:80/handle/123456789/112639 Эффективное поле и фазовый переход металл—диэлектрик в модели Хаббарда Зубов, Э.Е. В рамках модели Хаббарда с эффективным самосогласованным полем представлен возможный механизм скачкообразного фазового перехода металл–диэлектрик для полузаполненной зоны. Диаграммным методом проведено детальное исследование известного приближения Хаббард-I, а также учтены корреляционные поправки при минимальном числе параметров самосогласования. Установлены характерные параметры порядка, свойственные только металлическому состоянию или диэлектрическому. На основе анализа электронной спектральной плотности определены положения уровня химического потенциала и критическое значение величины энергии кулоновского отталкивания U~ в единицах ширины зоны, когда происходит фазовый переход металл–диэлектрик. Оценки величин внутренней энергии в случае полузаполненной зоны показали, что для U~<2,1 более устойчивым является состояние металла, тогда как при U~>2,1 устойчиво состояние диэлектрика, но только при предельном переходе по электронному допированию. Поэтому уровень химпотенциала для диэлектрика лежит у нижнего края верхней хаббардовской зоны, где спектральная плотность равна нулю. Это даёт нулевую проводимость. Конечное электронное допирование или дырочное обусловливает металлическое состояние с уровнем Ферми внутри верхней зоны или допированное диэлектрическое состояние с уровнем Ферми внутри нижней зоны соответственно. Это приводит к скачкообразному росту проводимости при фазовом переходе металл–диэлектрик.; В рамках Габбардового моделю з ефективним самоузгодженим полем представлено можливий механізм стрибкоподібного фазового переходу метал–діелектрик для напівзаповненої зони. Діяграмною методою проведено детальне дослідження відомого наближення Габбард-I, а також враховано кореляційні поправки із мінімальним числом параметрів самоузгодження. Встановлено характерні параметри порядку, властиві тільки металевому стану або діелектричному. На основі аналізи електронної спектральної густини визначено положення рівня хемічного потенціялу та критичне значення величини енергії Кулонового відштовхування U~ в одиницях ширини зони, коли відбувається фазовий перехід метал–діелектрик. Оцінки величин внутрішньої енергії у випадку напівзаповненої зони показали, що для U~<2,1 більш стійким є стан металу, тоді як при U~>2,1 стійким є стан діелектрика, але тільки при граничному переході по електронному допуванню. Тому рівень хемпотенціялу для діелектрика лежить на нижньому краї верхньої Габбардової зони, де спектральна густина дорівнює нулю. Це дає нульову провідність. Скінченне електронне допування або діркове зумовлює металевий стан з рівнем Фермі всередині верхньої зони або допований діелектричний стан з рівнем Фермі всередині нижньої зони відповідно. Це приводить до стрибкоподібного росту провідности при фазовому переході метал–діелектрик.; In the framework of the Hubbard model with an effective self-consistent field, a possible mechanism of the stepwise metal–insulator phase transition for a half-filled band is presented. A detailed investigation of the well-known Hubbard-I approximation is carried out. In addition, the correlation corrections are accounted with a minimal number of self-consistency parameters. As determined, the typical order parameters are unique for a metal state or a dielectric one. Based on analysis of the electron spectral density, the position of the chemical-potential level and the critical value of Coulomb repulsion energy in bandwidth units at the metal–insulator phase transition are determined. The estimations of the internal-energy value for a half-filled band show a stable metal state at U~<2.1. A dielectric state is stable for U~>2.1 and only in the limit of the extremely small electron doping. That is why the chemical-potential level underlies by lower edge of the upper Hubbard band where the spectral density is equal to zero. It gives zero conductivity. The finite electron or hole dopings cause the metal state with Fermi level inside the upper band or the doped dielectric state with Fermi level inside the lower band, respectively. It results in a stepwise increasing of conductivity at the metal–insulator phase transition. 2016-01-01T00:00:00Z http://dspace.nbuv.gov.ua:80/handle/123456789/112638 Сравнительный анализ модуля Юнга нанотвёрдости в вискерах диборидов переходных металлов Сичкар, С.М. Рассчитаны из первых принципов электронные структуры и фононные спектры для диборидов металлов: Hf, Sc, Zr, Ti. Показано, что для «толстых» нитевидных кристаллов (10—20 мкм) данные расчётов могут быть использованы при объяснении экспериментальных результатов по нанотвёрдости и модулям упругости, полученных методом наноиндентирования. В частности, дано теоретическое объяснение низкой твёрдости диборида скандия (H = 19 ГПа) при относительно высоком модуле упругости (Е = 440 ГПа). В силу специфики распределения его электронной плотности связь между атомами бора и скандия носит преимущественно ионный характер. Это делает возможным протекание пластической деформации (путём накопления дислокаций) по типу «скольжения» между слабо взаимодействующими плоскостями атомов бора и атомов скандия (они чередуются в кристалле). В этом и состоит объяснение низкой твёрдости для ScB₂. Такое же скольжение затруднено в остальных трёх диборидах (Zr, Ti, Hf) именно из-за сильной направленной ковалентной связи между атомами бора и атомами металлов.; Розраховано з перших принципів електронні структури та фононні спектри для диборидів металів: Hf, Sc, Zr, Ti. Показано, що для «товстих» ниткоподібних кристалів (у 10—20 мкм) результати розрахунків можуть бути використані при поясненні експериментальних результатів стосовно нанотвердости та модулів пружности, одержаних методою наноіндентування. Зокрема, дано теоретичне пояснення низької твердости дибориду скандію (H = 19 ГПа) при відносно високому модулі пружности (Е = 440 ГПа). В силу специфіки розподілу його електронної густини зв’язок між атомами Бору і Скандію носить переважно йонний характер. Це уможливлює перебіг пластичної деформації (шляхом накопичення дислокацій) за типом «ковзання» між слабовзаємодійними площинами атомів Бору і атомів Скандію (вони чергуються в кристалі). В цьому і полягає пояснення низької твердости для ScB₂. Таке ж ковзання є ускладненим у інших трьох диборидах (Zr, Ti, Hf) через наявність сильного спрямованого ковалентного зв’язку між атомами Бору і атомами металів.; Electronic structures and phonon spectra for metal (Hf, Sc, Zr, Ti) diborides are calculated based on the first principles. As shown, the ‘bulk’ calculations for ‘thick’ whiskers (of 10—20 μm) can be used to explain the experimental results for nanohardness and elastic modulus obtained by means of the nanoindentation experiments. In particular, a theoretical explanation of the low hardness of scandium diboride (H = 19 GPa) at a relatively high Young’s modulus of elasticity (E = 440 GPa) is obtained. Due to the nature of the electron density distribution, the bonding between the boron atoms and the scandium atom has predominantly ionic character. This enables the runoff of plastic deformation (by means of the accumulation of dislocations) according to the ‘slip’ mechanism between the weakly interacting planes of boron atoms and scandium atoms (which alternate in the crystal). This is the essence of the explanation for the low hardness of ScB₂. The same slipping will be difficult in other three diborides (of Zr, Ti, Hf) because of the strong covalent interaction between the boron and metal atoms. 2016-01-01T00:00:00Z http://dspace.nbuv.gov.ua:80/handle/123456789/112637 Термостабильность структуры и механических свойств наноквазикристаллического Al₉₄Fe₃Cr₃-сплава Юркова, А.И.; Кравченко, А.И.; Бякова, А.В.; Власов, А.А. Методами фазового рентгеноструктурного анализа, просвечивающей электронной микроскопии и микромеханических испытаний изучено влияние температуры на эволюцию структуры и формирование механических свойств быстрозакалённого композиционного Al₉₄Fe₃Cr₃-сплава с наноразмерными частицами метастабильной икосаэдрической квазикристаллической фазы (i-фазы). Показано, что прочностные характеристики быстрозакалённого сплава сохраняют свои значения до температуры 400°C, при которой происходит растворение квазикристаллических частиц i-фазы с одновременным формированием метастабильного интерметаллида Al₆Fe. Существенное снижение прочности сплава происходит при повышении температуры отжига до 550—575°C, которое сопровождается превращением метастабильного интерметаллида Al₆Fe в стабильные кристаллические θ-фазы Al₁₃Cr₂ и Al₁₃Fe₄.; Методами фазової рентґеноструктурної аналізи, просвітлювальної електронної мікроскопії та мікромеханічних випробувань досліджено вплив температури на еволюцію структури та формування механічних властивостей швидкозагартованого композиційного Al₉₄Fe₃Cr₃-стопу з нанорозмірними частинками метастабільної ікосаедричної квазикристалічної фази (i-фази). Показано, що характеристики міцности швидкозагартованого стопу зберігають свої значення до температури у 400°C, коли в структурі замість квазикристалічних частинок i-фази, які розчиняються, відбувається формування частинок метастабільного інтерметаліду Al6Fe. Зниження міцности відбувається у разі підвищення температури відпалу до 550—575°C, при якому відбувається перетворення метастабільного інтерметаліду Al₆Fe на стабільні кристалічні θ-фази Al₁₃Cr₂ і Al₁₃Fe₄.; Nano-quasi-crystalline Al—Fe—Cr-based alloys composed of nanosize icosahedral quasi-crystalline particles embedded in the α-Al matrix exhibit a high strength at elevated temperatures compared to commercial Al alloys. In this point, basic knowledge concerning structural stability is important for application of Al—Fe—Cr-based alloys in engineering practice. Investigation of thermal evolution of rapid-quenched melt-spun Al-based alloy with nominal composition of Al₉₄Fe₃Cr₃ is the subject matter of the present study. X-ray diffraction (XRD) analysis and transmission electron microscopy (TEM) are used for microstructural characterisation of the above-mentioned alloy heat-treated at different temperatures during 30 min. In addition, microindentation technique is applied to reveal a correspondence of microstructure with strength and ductility of Al₉₄Fe₃Cr₃ alloy in as-spun state and after heat treatment. A number of mechanical characteristics including Young’s modulus, E, Vickers microhardness, HV, yield stress, σ₀.₂, and plasticity characteristic, δH, all determined by state-of-the-art testing method procedures, are measured to specify strength and ductility of the rapid-quenched melt-spun Al₉₄Fe₃Cr₃. The results showed that quasi-crystalline particles survive in the microstructure of Al₉₄Fe₃Cr₃ alloy heat-treated up to the temperature of 400°C. However, gradual dissolution of quasi-crystalline particles and simultaneous formation of metastable crystalline Al₆Fe particles occur at the temperature above 400°C. Heat treatment of the rapid-quenched melt-spun Al₉₄Fe₃Cr₃ alloy at the temperature of 550°C and higher results in transition of metastable Al₆Fe phase into stable crystalline θ-phases, i.e. Al₁₃Cr₂ and Al₁₃Fe₄. Combination of high strength and quite-enough ductility is found to be true for the as-spun Al₉₄Fe₃Cr₃ alloy. Mechanical characteristics do not change so much when Al₉₄Fe₃Cr₃ alloy is heated up to the 400°C, since quasi-crystalline particles remain in the microstructure. Disappearance of quasi-crystalline particles after heat treatment of Al₉₄Fe₃Cr₃ alloy at the temperature higher than 400°C causes strength properties to be decreased considerably although plasticity characteristic increases up to the critical value δH≅0.9 considered as criterion for ductile behaviour of metals and alloys in conventional tests by tensile and bending. 2016-01-01T00:00:00Z http://dspace.nbuv.gov.ua:80/handle/123456789/112636 Формування комплексних дифузійних боридних шарів на метастабільних аустенітних хромоманґанових азотовмісних сталях в умовах дії зовнішнього магнетного поля Чернега, С.М.; Поляков, І.А.; Красовський, М.О. В даній роботі проведено дослідження формування комплексних дифузійних боридних шарів у порошкових сумішах на сталі 40Х15Г8САФ. Визначено фазовий і хемічний склад, товщину, мікротвердість та зносостійкість одержаних шарів на сталі 40Х15Г8САФ. Встановлено, що застосування зовнішнього магнетного поля (ЗМП) приводить до перерозподілу кількісного співвідношення боридних фаз у поверхневих шарах, зміни періодів кристалічної ґратниці. ЗМП уможливлює в 1,5—2 рази зменшити тривалість насичення деталів, підвищити мікротвердість боридних шарів до 19—19,5 ГПа та зносостійкість у 2,4—2,7 рази порівняно з хромоманґановою сталлю 40Х15Г8САФ без захисного покриття.; В данной работе проведено исследование формирования комплексных диффузионных боридных слоёв в порошковых смесях на стали 40Х15Г8САФ. Определены фазовый и химический состав, толщины, микротвёрдость и износостойкость полученных слоёв на стали 40Х15Г8САФ. Установлено, что применение внешнего магнитного поля (ВМП) приводит к перераспределению количественного соотношения боридных фаз в поверхностных слоях, изменению периодов кристаллической решётки. ВМП позволяет в 1,5—2 раза уменьшить продолжительность насыщения деталей, повысить микротвёрдость боридных слоёв до 19—19,5 ГПа и износостойкость в 2,4—2,7 раза по сравнению с хромомарганцевой сталью 40Х15Г8САФ без защитного покрытия.; In this article, the formation of complex diffusion boride layers on the metastable austenitic Cr—Mn—N steel by powder method is investigated. Phase and chemical compositions, thickness, microhardness, and wear resistance of boride layers obtained on the metastable austenite Cr—Mn—N steel are determined. As established, the application of an external magnetic field (EMF) leads to a redistribution of the boride-phases’ proportion in the surface layers and to the changes of the crystal-lattice periods. EMF allows reducing the time of details’ saturation by 1.5—2 times, increasing boride-layers’ microhardness to 19—19.5 GPa and increasing their wear resistance by 2.4—2.7 times compared with Cr—Mn—N steel without protective coating. 2016-01-01T00:00:00Z