Phase stability of actinide carbides

Abstract

Electronic, structural, mechanical, magnetic and thermodynamical properties of uranium and thorium sesquicarbides (U2C3 and Th2C3) were investigated by the means of first principles calculations, with special interest in the effects of 5f electrons. Utilized models included various approximations of exchange-correlation electronic terms, spin-orbital interaction (with a major effect on U2C3 and negligible effect on Th2C3) and Hubbard U model for electronic Coulomb interaction. The magnitude of these effects is demonstrated on the direct comparison of various physical quantities, such as enthalpy of formation, magnetic ordering, heat capacity, elastic constants, etc. and compared with experimental data.

Elektronické, strukturní, magnetické a termodynamické vlastnosti seskvikarbidů uranu a thoria (U2C3 a Th2C3) byly studovány prostřednictvím výpočtů z prvních principů, se zvláštní pozorností věnovanou vlivu 5f elektronů. Použité modely zahrnovaly různé aproximace výměnně-korelační energie, spin orbitální interakci (se značným efektem na U2C3 a zanedbatelným vlivem na Th2C3) a Hubbard U model pro elektronovou Coulombickou interakci. Míra vlivu těchto efektů je demonstrována přímým srovnáním různých fyzikálních vlastností, jako například pásová struktura slučovací entalpie, magnetické uspořádání, tepelní kapacita, elastické konstanty, apod. a s experimentálními daty.