A dynamic matrix of rare-gas crystals is constructed on the basis of a nonempirical short-range repulsion potential taking into account the three-body interaction and dipole-type deformation of the electron shells of atoms in the two- and three-body approximations in the model of deformable and polorizable atoms. Ab initio calculations of the phonon energy for compressed rare-gas crystals were performed at the two and ten mean-value points of the Chadi-Cohen method in a wide pressure range. It is shown that the contribution of three-body forces associated with the overlap of the electron shells of nearest-neighbor atoms in the phonon frequencies is small against the background of pair interaction, even at high pressure and most noticeable in Xe. The contribution of the deformation of the electron shells in the two- and three-body approximations is different for the different mean-value points and increases with increasing pressure. Comparison of the zero-point energy calculated by the Chadi-Cohen method for compressed crystals of the Ne–Xe series was performed with the available experiment at p=0 and the results of other authors.

On the basis of ab initio calculations of the phonon frequencies of compressed rare-gas crystals in the model of deformable and polarizable atoms, dynamic instability of the fcc lattice of these crystals is studied. In addition to the earlier-considered three-body interaction, which is associated with the overlapping of the electron shells of atoms, the short-range potential includes three-body forces caused by the mutual deformation of the electron shells of neighboring atoms. It is shown that the allowance for the deformation of the dipole-type electron shells of atoms in the pair and three-body approximations leads to softening of the critical vibrations and absolute instability of the fcc lattice at pressures higher than the critical values, p > p _ c . For light crystals of Ne and Ar under compressions of 0.76 ( p _ c = 422 GPa) and 0.71 ( p _ c = 405 GPa), respectively, the softening of the longitudinal mode is observed at the boundary of the Brillouin zone at the point L ; for heavy crystals of Kr and Xe under compressions of 0.686 ( p _ c = 240 GPa) and 0.605 ( p _ c = 88 GPa), the transverse mode T _1 is softened in the direction Σ. The behavior of second-order Fuchs elastic moduli of compressed rare-gas crystals is discussed.

Упругие свойства сжатых кристаллов инертных газов Ne, Ar, Kr и Xe исследуются в модели деформи-руемых и поляризуемых атомов. Рассчитаны модули упругости Фукса второго порядка и их производные по давлению, а также коэффициент упругой анизотропии Зенера с учетом трехчастичного взаимодействия и деформации электронных оболочек квадрупольного типа в широком интервале давлений. Проведено сравнение с экспериментом и результатами других авторов. В Хе при сжатии 0.6 наблюдается обращение в нуль сдвигового модуля B 44 , что соответствует ГЦК-ГПУ-переходу при 75 GPa. DOI: 10.21883/FTT.2017.01.43962.167 ВведениеМногочисленные теоретические [1-9] исследования модулей упругости второго порядка и других, связанных с ними, упругих свойств кристаллов инертных газов (КИГ) при высоких давлениях были проведены с ис-пользованием первопринципных методов и модельных потенциалов. Модули упругости третьего порядка для кристаллов были темой для обширного исследования в течение последних нескольких десятилетий и оценива-лись в ранних работах [10][11][12][13][14]

Исследуются неэмпирические уравнения состояния сжатых кристаллов инертных газов Ne, Ar, Kr и Xe на основе полученного ранее из первых принципов адиабатического потенциала. Парный и трехчастичный короткодействующие потенциалы отталкивания рассчитаны методом Хартри−Фока в базисе локализованных функций с точной ортогонализацией их друг к другу и не содержат экспериментально определяемых параметров. Проведено сравнение теории с экспериментом и результатами расчетов других авторов. Анализ предложенных уравнений состояния при больших сжатиях показал важность учета трехчастичного взаимодействия и слагаемых с высшими степенями по интегралу перекрытия в сжатом неоне и достаточность парного потенциала и квадратичного приближения при ортогонализации функций в тяжелых кристаллах инертных газов. ВведениеВсестороннее исследование свойств сжатых кристал-лов при всевозрастающих давлениях вызывает большой интерес, начиная с конца прошлого века, что связано с развитием технологий, позволяющих в лабораторных условиях добиться высоких давлений [1].Кристаллы инертных газов (КИГ) являются простей-шими молекулярными кристаллами, поэтому их часто используют в качестве модельных объектов для изуче-ния ряда фундаментальных проблем физики твердого тела, относящихся к динамике решетки, многоэлектрон-ным эффектам, фазовым превращениям, наук о Земле и планетах, а также для разработки и усовершенствования новых расчетных методов.Особое внимание привлекает исследование упругих свойств сжатых КИГ, поскольку они применяются в качестве передаточных сред в ячейках алмазных нако-вален (diamond-anvil cell -DAC). Такое применение КИГ ограничивается давлением металлизации, которое растет в ряду Xe, Kr, Ar и Ne. В настоящее время экспериментально известно давление металлизации для Xe, p m = 132 GPa [2]. Давление, создаваемое в DAC, составляет 300 GPa [1] и продолжает увеличиваться, по-этому изучение при высоких давлениях свойств легких КИГ, в частности Ne и Ar, представляет научный и практический интерес.Для анализа данных по состоянию кристалла, под-вергнутому большому сжатию, необходимо разработать общее уравнение состояния (equation of state -EOS), связывающее конечные деформации кристалла с внеш-ними напряжениями.При комнатной температуре уравнение состояния кристаллического Ne экспериментально изучалось с ис- Теоретические описания изотерм в широкой области давлений основываются на полуэмпирических уравнени-ях состояния с параметрами, определяемыми при нор-мальном давлении [7][8][9][10][11][12][13][14][15]. Наиболее успешным считается уравнение состояния Винета [8], для которого необходи-мо знание 4 параметров: 1) изотермического объемного модуля при нулевом давлении; 2) его производной по давлению; 3) объема при p = 0 и 4) термического расширения при p = 0. Надежность этих уравнений ограничена тем давлением, до которого справедливы использованные при их выводе экспериментальные ве-личины и соотношения. В области давлений, пока не доступных эксперименту, предсказательную ценность будут иметь ab initio EOS.Первопринципные расчеты уравнения состоян...

The thermodynamic properties of compressed neon crystal has been theoretically investigated within the ab initio approach taking into account the many-body interaction in the model of deformable atoms. In the short-range repulsive potential, along with the three-body interaction associated with the overlap of the electron shells of atoms, deformation of electron shells of dipole-type atoms is taken into account in the pair and three-particle approximations. The specific heat capacities and the Debye temperature in a wide pressure and temperature range have been calculated using the dynamic matrix constructed with the ab initio short-range repulsive potential and integration over the mean value points of the Chadi–Kohen method. It is shown that the contributions of three-body forces associated with both the overlap of the electron shells of atoms and the deformation of the electron shells increase the value of specific heat of compressed neon face-centered cubic crystals even at zero pressure. The temperature dependences are obtained in good agreement with the available experiment data and calculation results obtained by other researchers.