Numéro |
J. Phys. France
Volume 46, Numéro 6, juin 1985
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Page(s) | 987 - 1000 | |
DOI | https://doi.org/10.1051/jphys:01985004606098700 |
DOI: 10.1051/jphys:01985004606098700
Bulk and surface vibrational and thermodynamical properties of fcc transition and noble metals : a systematic study by the continued fraction technique
G. Treglia1 et M.-C. Desjonquères21 Laboratoire de Physique des Solides, Université Paris-Sud, Bât. 510, Centre d'Orsay, 91405 Orsay, France
2 Service de Physique des Atomes et des Surfaces, Centre d'Etudes Nucléaires de Saclay, 91191 Gif sur Yvette, France
Abstract
We present a systematic study of vibrational and thermodynamical properties of fcc transition and noble metals, using a model including central and angle-bending forces. The phonon frequency spectra are computed by means of the continued fraction technique; their knowledge enables us to calculate the contribution of phonons to various thermodynamical quantities such as the specific heat at constant volume, the entropy and the mean square displacements. For the bulk, our calculations reproduce all the experimental trends both qualitatively and quantitatively. Then we give results for the three low index faces of these metals. The surface spectra exhibit drastic deformations due to the existence of surface phonons. The variation of thermodynamical quantities due to the surface reveals some general trends. For example, the variation of specific heat is maximum at a temperature which is a constant fraction (~ 0.175) of the bulk Debye temperature. On the other hand, the lateral mean square displacement is much more dependent on the surface density of atoms than the perpendicular one.
Résumé
Nous présentons une étude systématique des propriétés vibrationnelles et thermodynamiques des métaux nobles et de transition de structure cfc, dans le cadre d'un modèle comportant à la fois des forces centrales et des forces angulaires. Nous calculons les spectres de fréquence de phonons par une technique de fraction continue et nous en déduisons la contribution des phonons à diverses grandeurs thermodynamiques : chaleur spécifique à volume constant, entropie, déplacement carré moyen. Dans le volume, nous reproduisons bien l'ensemble des tendances expérimentales, à la fois qualitativement et quantitativement Nous étudions ensuite les trois faces de bas indice de ces métaux. Leurs spectres sont fortement déformés par la présence de phonons de surface. Nous dégageons certaines tendances générales de l'étude de la variation due à la surface des grandeurs thermodynamiques. Par exemple, la variation de chaleur spécifique est maximale pour une température qui est une fraction constante (~ 0,175) de la température de Debye de volume. D'autre part, la composante parallèle du déplacement carré moyen dépend beaucoup plus de l'orientation de la surface que sa composante perpendiculaire.
6370 - Statistical mechanics of lattice vibrations and displacive phase transitions.
6540B - Heat capacity.
6540G - Entropy and other thermodynamical quantities.
6835M - Surface thermodynamics, surface energies.
Key words
crystal surface and interface vibrations -- entropy of substances -- lattice dynamics of metallic crystals -- specific heat of solids -- transition metals