Contribution to the study of structural and thermodynamic properties of liquid alkali and transition metals
Contribution à l'étude des propriétés structurales et thermodynamiques des métaux alcalins et des métaux de transition, liquides
Résumé
This dissertation, which deals with some structural and thermodynamic aspects of liquid alkali and transition metals, is divided into 3 parts. First, we analyse the role of reference systems, at zero order, on the determination of the structural and thermodynamic properties of these liquid metals. In the second part, we take into account the free electron gas as well as the d-electrons, in the transition metals, calculating the pair interionic potential which allows to obtain the structure factor. In the third part, we bind together the previous view-points to determine the free energy owing to the Gibbs-Bogoliubov inequality. Then, we deduce various thermodynamic quantities. Although the outline of the structure factor curves is usually predicted by the hard sphere (HS) interactions, it has been anticipated that the one component plasma (OCP) model can also describe the structure of some liquid metals. Thus, we have compared the experiments to the results of thermodynamic properties for alkali and transition metals, from HS and OCP models. We have also given an analytic form for the OCP structure factor reproducting the first peak correctly. The determination of the pair potential of simple liquid metals as well as of transition metals has been carried out. The Wills and Harrison formulation has been used in which the hybridisation effects are treated by moving some electrons from the d-band to the band of conduction. The feature of the pair potential of transition metals is to depend on the volume as well as the ion arrangement. To ontain the thermodynamic properties we minimise the free energy relatively to a parameter of the reference system. Thus, we have shown that the OCP model is better than the HS model, for alkalis. Besides, it is found that the Ichimaru-Utsumi dielectric function provides the lowest energy, for alkalis. Lastly, the results of the free energy and others thermodynamic properties are in good agreement with experiments, for liquid metals under consideration
Ce mémoire, qui traite les aspects structuraux et thermodynamiques des métaux alcalins et des métaux de transition liquides, contient 3 chapitres. Dans le premier, on effectue une analyse du rôle des systèmes de références sur la détermination, à l'ordre zéro, des propriétés structurales et thermodynamiques de ces métaux liquides. Dans le second, on tient compte du gaz d'électrons libres, ainsi que des électrons d dans les métaux de transition, pour déterminer le potentiel interionique qui permet de calculer le facteur de structure. Dans le troisième chapitre, on rassemble les résultats précédents pour calculer l'énergie libre, au moyen de la méthode variationnelle de Gibbs-Bogoliubov, et déduire les diverses grandeurs thermodynamiques. Bien que l'allure des courbes du facteur de structure soit généralement déterminée par les interactions du type sphères dures (HS), on a envisagé que le modèle de plasma à un composant (OCP) pouvait également décrire la structure de certains liquides métalliques. Ici nous avons comparé à l'expérience les résultats des propriétés thermodynamiques des métaux alcalins et des métaux de transition, issus des modèles HS et OCP. Nous avons également proposé une expression analytique du facteur de structure de l'OCP qui reproduit correctement le premier pic. Après avoir rappelé le calcul du potentiel interionique des métaux simples, nous avons entrepris celui des métaux de transition. Nous avons utilisé le traitement de Wills et Harrison dans lequel les effets d'hybridation sont inclus en transférant une partie des électrons de la bande d dans la bande de conduction. La particularité de ces potentiels interioniques, par rapport à ceux des métaux simples, est de dépendre du volume et de la structure ionique. Le calcul des propriétés thermodynamique a été effectué en minimisant l'énergie libre par rapport à un paramètre caractéristique du système de référence. Nous avons pu montrer que, pour les métaux alcalins, le modèle de plasma à un composant est un meilleur système de référence que le système des sphères dures. Par ailleurs, il se trouve que la fonction diéléctrique d'Ichimaru fournit l'énergie la plus basse quand on l'oppose à d'autres. Enfin, les résultats obtenues pour l'énergie libre et les grandeurs thermodynamiques des éléments métalliques que nous avons étudiés sont en bon accord avec les résultats expérimentaux
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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