Novel rapid technique for the simulation of thermal vibration figures and diffusion routes in ionic solids

Résumé
Les méthodes habituelles de calcul des paramètres de défaut et de diffusion dans des solides ioniques simples nécessitent des installations d'ordinateur importantes. Une nouvelle façon d'aborder le problème, basée sur les relations entre longueur des liaisons et résistance des liaisons à l'intérieur de polyhèdres de coordination métal-oxygène individuels est développée et produit des données qualitatives rapides sur l'agitation thermique des ions. En construisant un réseau à 3 dimensions autour de la position d'équilibre de l'ion à étudier, il est possible de calculer l'énergie (N) nécessaire à cet ion pour se déplacer vers chaque point du réseau tandis que les autres ions sont fixes. Des contours correspondant à N = Cte peuvent être tracés pour n'importe quelle direction. Pour des petits déplacements, les contours correspondent de façon satisfaisante aux ellipsoïdes de vibration thermique déterminées expérimentalement, pour des distances plus importantes, les graphes montrent des chemins de diffusion possibles. Le modèle est testé dans plusieurs cas avec des données pour des oxides et silicates sélectionnés.

Abstract
Convential procedures for the calculation of defect and diffusion parameters in simple ionic solids require extensive computational facilities. A novel approach based on bond length-bond strength relations within individual metal-oxygen coordination polyhedra has been developed which provides rapid qualitative information about the thermal motion of ions. By constructing a three dimensional grid around the equilibrium position of the ion of interest it is possible to calculate the energy (N) required to displace the ion to each grid point whilst the others are fixed. Contours of constant N may be plotted for any arbitrary orientation. At small displacements the contours correlate well with experimentally-determined thermal vibration ellipsoids, and at larger distances the plots suggest possible diffusion routes. The model is tested in several situations with data for selected oxides and silicates.