Numéro
J. Phys. France
Volume 46, Numéro 6, juin 1985
Page(s) 1001 - 1015
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:019850046060100100
J. Phys. France 46, 1001-1015 (1985)
DOI: 10.1051/jphys:019850046060100100

Electronic structure and pairwise interactions in substoichiometric transition metal carbides and nitrides

J.P. Landesman1, G. Treglia2, P. Turchi3, 4 et F. Ducastelle3

1  S.E.S.I. - D. Tech., Centre d'Etudes Nucléaires, B.P. 6, 92260 Fontenay-aux-Roses, France
2  Laboratoire de Physique des Solides, Université Paris-Sud, Bât. 510, 91405 Orsay, France
3  Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales (ONERA), 92320 Châtillon, France
4  Laboratoire de Dynamique du Réseau et Ultra-sons, Université Pierre et Marie Curie, Tour 22, 4 place Jussieu, 75005 Paris, France


Abstract
In substoichiometric transition metal carbides and nitrides crystallizing with the NaCl structure, the vacancies, which appear on the metalloid FCC lattice only, may order under some conditions. The corresponding long range ordered phases are analogous to those predicted, for FCC substitutional alloys, by theoretical calculations using pair interactions limited to first and second neighbours (V1, V2). We show here that the ordering energy of these compounds can be expanded in terms of pairwise interactions calculated from the electronic structure of the disordered state and that this expansion can be limited to a good accuracy to first and second neighbours. From these calculated pair interactions we then derive a theoretical (V1, V2) diagram in which the domains of existence of ordered carbides and nitrides are well separated; more precisely carbides exist in the region (V2 > 0, V2 >> V1) whereas nitrides are found for (V1 ≳ V2, V1 > 0), in fair agreement with experiments.


Résumé
Dans les carbures et nitrures sous-stoechiometriques de métaux de transition de structure NaCl, les lacunes qui apparaissent sur le sous-réseau CFC occupé par les atomes de carbone (azote) peuvent s'ordonner sous certaines conditions. Les phases ordonnées observées sont les memes que celles que prévoient, pour les alliages CFC de substitution, des calculs théoriques utilisant des interactions de paires limitées aux premiers et seconds voisins (V1 , V2). Nous montrons ici que l'énergie d'ordre de ces composés peut s'exprimer comme une somme d'interactions de paires, calculées à partir de la structure électronique de l'état désordonné, et limitées aux premiers et seconds voisins. Nous en déduisons un diagramme (V1, V2) calculé, dans lequel les domaines d'existence des carbures et nitrures sont bien séparés : plus précisément les carbures existent dans la région (V2 > 0, V2 ≽ V1) tandis qu'on trouve les nitrures pour (V1 ≳ V2, V 1 > 0) en bon accord avec les observations expérimentales.

PACS
6172J - Point defects (vacancies, interstitials, color centers, etc.) and defect clusters.
7123 - Electronic structure of disordered solids.

Key words
band structure of crystalline semiconductors and insulators -- transition metal compounds -- vacancies crystal