J. Phys. France 50, 2243-2262 (1989)
DOI: 10.1051/jphys:0198900500160224300

Hydrogen-impurity binding energy in vanadium and niobium

A. Mokrani et C. Demangeat

IPCMS, UM 380046, Université Louis Pasteur, 4 rue Blaise Pascal, 67070 Strasbourg, France

Abstract
H-H and H-substitutional impurity interaction energy are estimated by the Green operator method developed in the tight binding approximation. This electronic (or chemical) energy is split in four terms : i) the bound states (introduced by the hydrogen) contribution, ii) the band structure contribution, iii) the electron-electron interaction without charge transfer and iv) the charge transfer (between matrix and impurity) contribution. The calculations are done for the transition metal matrix vanadium and niobium. The substitutional impurities considered are the two elements located at the left and at the right in the same row as the matrix in the periodic table. Strong H-H repulsion is observed when the hydrogen atoms are at first nearest neighbouring positions ; the stability is obtained for hydrogen interstitials at fourth nearest neighbouring positions. We have observed attraction of the hydrogen by the substitutional impurities located at the left of the matrix in the periodic table and repulsion by those located at the right.

Résumé
L'énergie d'interaction H-défaut, dans les métaux de transition, est estimée par la méthode des opérateurs de Green dans le schéma des liaisons fortes. Cette énergie électronique (ou chimique) est la somme de quatre termes : i) contribution des états liés introduits par l'hydrogène, ii) contribution de la bande, iii) terme d'interaction électron-électron neutre (sans transfert de charge entre le métal et l'hydrogène) et iv) un terme proportionnel au transfert de charge. Nous avons choisi comme matrice le vanadium et le niobium et comme impuretées substitutionnelles les deux éléments à gauche et les deux éléments à droite de la matrice dans le tableau périodique. Une forte répulsion est observée entre deux hydrogènes en premiers voisins dans le vanadium et dans le niobium ; la position la plus stable correspond à une paire H-H en quatrièmes voisins. Nous avons observé une attraction de l'hydrogène par les impuretés substitutionnelles situées à gauche de la matrice et une répulsion par celles situées à droite de la matrice.

PACS
6172W - Doping and impurity implantation in other materials.
6150L - Crystal binding; cohesive energy.

Key words
binding energy -- Green's function methods -- hydrogen -- impurity electron states -- interstitials -- niobium -- tight binding calculations -- vanadium