On the Energy of < 100 > Coincidence Twist Boundaries in Transition Metal Oxides

Résumé
Les énergies de joints de torsion en coïncidence formés par rotation autour de l'axe < 100 > ont été calculées pour des oxydes stoechiométriques de métaux de transition de structure NaCl (comme NiO, MnO, et CoO). Pour cela, on a utilisé les potentiels ioniques de Catlow et al. Après relaxation, on trouve que les énergies des joints de torsion en coïncidence les plus classiques (désorientations de 36,87°, 22,62°, 28,07° et 16,26° correspondant aux inverses de densité de sites en coïncidence Σ = 5, 13, 17 et 25 respectivement) sont plus grandes que l'énergie d'une surface libre (100). Cela provient des interactions coulombiennes répulsives entre ions proches de « l'anti-coïncidence » (anion et anion, ou cation et cation) qui sont capables de vaincre les interactions coulombiennes attractives entre ions en coïncidence (cation et anion). En conclusion, contrairement au cas des métaux, les structures des joints de torsion < 100 > dans les oxides et les halogénures alcalins pourraient ne pas être simplement déduites de la géométrie des coïncidences de réseaux. On n'a pas tenu compte de l'entropie.

Abstract
The energies of coincidence twist boundaries formed by rotation about a < 100 < axis in stoichiometric transition metal oxides crystallizing in the NaCl structure (such as NiO, MnO, and CoO) have been calculated using the ionic-type potentials of Catlow et al. for these materials. From a relaxation calculation it is found that the energies of the most prominent coincidence twist boundaries at 36.87, 22.62, 28.07, and 16.26° (which correspond to inverse coincidence-site densities of Σ = 5, 13, 17, and 25, respectively) lie above the energy of the free [100] surface. The reason arises from the repulsive Coulomb interactions between ions in configurations close to anti-coincidence (anion on anion or cation on cation) which are capable of overcoming the attractive Coulomb interactions between the ions in coincidence configurations (cation ou anion and vice versa). It is concluded that in contrast to metals the structures of < 100 > twist boundaries in oxides and alkali halides may not simply be derived from the coincidence lattice geometry. Entropy terms are not considered.