Nghiên cứu sự hấp phụ một số kim loại kiềm thổ trên vật liệu armchair silicene nanoribbons

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

7
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết trình bày các tính chất của hệ vật liệu armchair silicene nanoribbons (ASiNR) hấp phụ các nguyên tử kim loại liềm thổ như Be, Mg và Ca. Bằng phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT), dựa trên chương trình mô phỏng lượng tử VASP, một số tính chất đã được khảo sát như: sự thay đổi về mặt cấu trúc, cấu trúc vùng điện tử, mật độ trạng thái, phân bố mật độ điện tích, sự dịch chuyển điện tích, phân bố mật độ spin đã được tính toán.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu sự hấp phụ một số kim loại kiềm thổ trên vật liệu armchair silicene nanoribbons

NGHIÊN CỨU SỰ HẤP PHỤ MỘT SỐ KIM LOẠI KIỀM THỔ TRÊN VẬT LIỆU ARMCHAIR SILICENE NANORIBBONS Trần Minh Tiến1 1. Trường Đại học Thủ Dầu Một TÓM TẮT Bài viết trình bày các tính chất của hệ vật liệu armchair silicene nanoribbons (ASiNR) hấp phụ các nguyên tử kim loại liềm thổ như Be, Mg và Ca. Bằng phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT), dựa trên chương trình mô phỏng lượng tử VASP, một số tính chất đã được khảo sát như: sự thay đổi về mặt cấu trúc, cấu trúc vùng điện tử, mật độ trạng thái, phân bố mật độ điện tích, sự dịch chuyển điện tích, phân bố mật độ spin đã được tính toán. Kết quả cho thấy cấu trúc hệ ASiNR có sự thay đổi đáng kể su khi hấp phụ các kim loại kiềm thổ, nhiều nhất là chiều dài các cạnh của vòng lục giác nằm gần nguyên tử hấp phụ; tối đa lên đến 0.37513 Å đối với trường hợp hấp phụ Be. Độ mấp mô cấu trúc cũng có thay đổi đáng kể, tối đa lên đến 2.39774 Å khi hấp phụ Ca. Kết quả cũng chỉ ra rằng có sự xuất hiện bề rộng vùng cấm xung quanh mức Fermi, tối đa đến 0.4744 eV với hệ ASiNR-Mg. Các kết quả cũng chỉ ra có sự dịch chuyển điện tích tương đối lớn từ vùng này đến vùng khác, cung quanh vòng lục giác gần nguyên tử hấp phụ. Các kết quả cũng cho thấy khả năng tồn tại momen từ ở các cấu trúc sau hấp phụ. Từ khoá: ASiNR, kim loại kiềm thổ, hấp phụ nguyên tử, vasp 1. GIỚI THIỆU Nghiên cứu về các vật liệu nano đơn lớp như silicene, phosphorene hoặc germanene đã rất hấp dẫn trên toàn thế giới. Kể từ khi graphene đơn lớp được phát hiện và chế tạo thành công vào năm 2004 (K. S. Novoselov và nnk., 2004). Một số cấu trúc 1D-nanoribbons cũng đã được quan tâm nghiên cứu (Son Y W và nnk, 2006; Li X L và nnk., 2008 ). Đặc điểm cấu trúc, tính chất điện tử, từ tính, quang học,... của graphene đã được tính toán (Chung H C và nnk, 2008; Yang L, và nnk, 2007; Lin M F, và nnk, 2000; Li Z, và nnk., 2008; Basu D, và nnk, 2008. Sau graphene, nhiều hệ thống vật liệu đơn lớp dựa trên các nguyên tử khác cũng được tập trung vào nghiên cứu như silicene, phosphorene hoặc germanene. Silicene là một cấu trúc, được tạo ra bởi các nguyên tử silicon, có cấu trúc tổ ong hình lục giác như graphene, nhưng không phẳng như graphene, có độ mấp mô cấu trúc nhất định. Nhiều nghiên cứu đã tìm cách mở rộng bề rộng vùng cấm của silicene để tăng khả năng ứng dụng của nó trong các bóng bán dẫn hiệu ứng trường hiệu suất cao (FET). Quhe Ruge và nnk, 2012 đã nghiên cứu những thay đổi về độ rộng dải của silicene khi hấp phụ nguyên tử kiềm. Kết quả chỉ ra rằng chiều rộng của vùng cấm có thể được mở rộng tối đa 0,5 eV. Sahin và nnk, 2013 nghiên cứu về sự hấp phụ của các nguyên tử kim loại chuyển tiếp kiềm, kiềm thổ và 3D trên silicene. Kết quả cho thấy sự hấp phụ của các nguyên tử kim loại kiềm vào các vị trí hollow sẽ không gây ra bất kỳ biến dạng cấu trúc nào. Sivek Jozef và nnk, 2013, công bố kết quả nghiên cứu về sự hấp thụ Bo, N, Al và P trên silicene. Kết quả chỉ ra rằng các vị trí hấp phụ tối ưu là valley, brige, vallley và các vị trí top cho các nguyên tử B, N, Al và P, tương ứng. Các hệ cấu trúc đều thể hiện tính kim loại sau khi hấp phụ, cùng với sự dịch chuyển electron mạnh từ silicene sang nguyên tử B, N và P. Kaloni 294
và nnk, 2014 đã trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của sự hấp phụ kim loại (Au, Hg, Tl và Pb) đối với silicene. Kết quả cho thấy vị trí hấp phụ tối ưu là các hollow. Nghiên cứu về sự hấp phụ và phân tán lithium trên silicene với ranh giới hạt (GB) cũng được thực hiện bởi nhóm tác giả Wang Xiao và nnk, 2019. Kết quả cho thấy sự dịch chuyển của electron Li 2s sang GB làm tăng đáng kể năng lượng hấp phụ Li, trong khi các rào cản năng lượng nhỏ tạo điều kiện thuận lợi cho sự di chuyển Li trên bề mặt silicene. Tác giả Phạm Trọng Lâm và nnk, 2020, đã nghiên cứu Hấp phụ Acetone và Toluene trên Silicene vacancy . Silicene vacancy là một loại silicene có chứa một nguyên tử silicon bị thiếu duy nhất trong cấu trúc mạng lục giác của nó. Kết quả chỉ ra rằng năng lượng hấp phụ cho hấp phụ acetone và toluene là -0,36 eV và -0,57 eV, điện tích dịch chuyển lần lượt là 0,17e và 0,30e. Nghiên cứu về hệ thống cấu trúc 1D cũng rất được quan tâm. Nhóm tác giả Zhang Jian-Min và nnk, 2014 đã thực hiện một nghiên cứu về pha tạp nguyên tử P trên ghế bành và ruy băng nano silicene ngoằn ngoèo. Các tính chất cấu trúc, điện tử và từ tính của hệ thống sau pha tạp đã được các tác giả nghiên cứu. Kết quả cho thấy ASiNR và ZSiNR là chất bán dẫn không từ tính, ASiNR có pha tạp P ở vị trí cạnh thay đổi thành chất bán dẫn sắt từ. Tác giả Xu Long và nnk, 2015, đã nghiên cứu các tính chất điện, từ tính và nhiệt của sự hấp phụ của các nguyên tử Ti trên các dải nano silicene zigzag. Kết quả chỉ ra rằng nguyên tử Ti, các vị trí ưa thích bên trong các dải ruy băng nano so với trên các cạnh. Hai nguyên tử lân cận liên kết không liên tục và được hấp phụ ưu tiên ở cùng một phía. Mehdi Aghaei và nnk, 2016 đã nghiên cứu tính ổn định cấu trúc của ruy băng nano silicene chức năng với các cạnh bình thường, tái tạo và lai. Kết quả cho thấy SiNRs cạnh Klein được fluoride hóa hoàn toàn; đối với mỗi nguyên tử Si, cạnh được gắn vào ba nguyên tử flo, đây là cấu trúc ổn định nhất. Trong nghiên cứu này, cấu trúc ASiNR một chiều hấp phụ lần lượt các nguyên tử kim loại kiềm thổ như Be (ASiNR-Be), Mg (ASiNR-Mg), và Ca (ASiNR-Ca) được nghiên cứu. 2. MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Cấu trúc ô cơ sở của một ASiNR nguyên sơ gồm 28 nguyên tử silicon; các cạnh được chức hóa bởi 8 nguyên tử hidro để tăng độ bền vững cho cấu trúc. Các nguyên tử alkaline-earth được đặt ở vị trí hollow, là vị trí tối ưu cho hấp phụ. Các tính toán được thực hiện trên cơ sở lý thuyết hàm mật độ (DFT), thông qua gói mô phỏng Vienna ab initio (VASP) (G. Kresse và nnk, 1996; G. Kresse và nnk, 1996). Năng lượng trao đổi electron và tương quan được tính toán dựa trên dạng xấp xỉ gradient tổng quát (GGA) (J.P. Perdew và nnk, 1996), với hàm PBE (Perdew– Burke–Ernzerhof) – PAW (Projector-Augmented Wave) (G. Kresse, D và nnk, 1999) được sử dụng. Chức năng sóng và năng lượng trạng thái được xây dựng từ một cơ sở sóng phẳng với mức cắt năng lượng tối đa là 500 eV. Hướng tuần hoàn của các cấu trúc được xây dựng theo hướng Oz. Khoảng cách chân không dọc theo hướng giới hạn lượng tử của x và y được đặt lớn hơn 20 Å để loại bỏ sự tương tác giữa hai dãy lân cận. Các lưới điểm k trong lược đồ Monkhorst- Pack được sử dụng là 1x2x4 để tính toán tối ưu hóa cấu trúc và 1x2x100 cho các tính toán tự động tổng hợp. Hệ thống được nới lỏng cho đến khi Lực Hellmann-Feynman nhỏ hơn 0,01 eVÅ1. Sự hội tụ năng lượng được đặt ở 10-5 eV giữa hai bước ion gần nhất. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Sự thay đổi cấu trúc sau hấp phụ Các hệ cấu trúc trước và sau khi hấp phụ được trình bày ở hình 1: (a)(b)(c)-pristine; (d)(e)(f)-Be; (g)(h)(k)-Mg; (l)(m)(n)-Ca; 295
(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (k) (l) (m) (n) Hình 1. cấu trúc trước và sau khi hấp phụ Cấu trúc sau hấp phụ có nhiều sự thay đổi, đặc biệt là ở vòng lục giác xung quanh nguyên tử hấp phụ. Sự thay đổi chiều dài của các cạnh và độ mấp mô được trình bày ở bảng 1. Từ một nguyên tử thuộc vòng lục giác gần vị trí hấp phụ, khoảng cách từ nguyên tử này đến nguyên tử kế tiếp của vòng lục giác được đặt là khoảng cách thứ nhất, đến nguyên tử thứ 2, 3 được đặt là các khoảng cách thứ hai và thứ ba. Độ mấp mô cấu trúc được xác định là khoảng cách giữa nguyên tử cao nhất và thấp nhất theo chiều x. Bảng 1. Sự thay đổi chiều dài của các cạnh và độ mấp mô Cấu trúc 1st (Å) d1 (Å) 2nd (Å) d2 (Å) 3rd (Å) d3 (Å) b(Å) b (Å) ASiNR 2.27497 - 3.70681 - 4.15144 - 0.58787 - ASiNR-Be 2.31239 0.03742 3.85042 0.03742 4.52657 0.37513 2.52959 1.94172 ASiNR-Mg 2.27956 0.00459 3.84735 0.00459 4.38902 0.23758 2.73713 2.14926 ASiNR-Ca 2.33024 0.05527 3.76385 0.05527 4.26278 0.11134 2.98561 2.39774 296
Kết quả cho thấy khoảng cách thứ nhất thay đổi rất ít khi hấp phụ Mg, với Be và Ca thì lớn hơn, nhưng cũng chỉ vào khoảng từ 0.03 Å đến 0.05 Å. Điều này tương tự đối với các khoảng cách thứ 2. Thay đổi nhiều nhất là ở các khoảng cách thứ 3; lớn nhất là 0.37513 Å đối với trường hợp hấp phụ Be, kế tiếp là Mg và Ca với lần lượt 0.23758 Å và 0.11134 Å. Độ mấp mô cấu trúc cũng thay đổi đáng kể. Độ mấp mô cấu trúc lớn nhất khi hấp phụ Ca, với sự tăng thêm 2.39774 Å. 3.2. Cấu trúc vùng điện tử Cấu trúc vùng điện tử của các hệ sau hấp phụ được trình bày trên hình 2. a) ASiNR-Be b) ASiNR-Mg c) ASiNR-Ca Hình 2. Cấu trúc vùng điện tử Kết quả cho thấy độ rộng vùng cấm của hệ ASiNR-Be gần như không đáng kể, chỉ vào khoảng 0.0902 eV, độ rộng vùng cấm lớn nhất đối với hệ ASiNR-Mg là 0.4744 eV, đối với ASiNR-Ca là 0.3689 eV. Mức độ đóng góp của các nguyên tử rất khác nhau. Nguyên tử Si đóng góp chủ yếu ở tất cả các cấu trúc, và đóng góp mạnh mẽ nhất ở vùng hóa trị sâu. Các nguyên tử hấp phụ đóng góp khác nhau vào cấu trúc vùng cho riêng từng cấu hình. Với hệ ASiNR-Be, nguyên tử Be chủ yếu đóng góp nhẹ vào vùng dẫn, gần mức Fermi. Trong khi nguyên tử Mg đóng góp vào vùng hóa trị, nằm gần mức Fermi cho cấu trúc ASiNR-Mg. Nguyên tử Ca đóng góp mạnh mẽ vào vùng dẫn, cách xa mức Fermi hơn so với các trường hợp hấp phụ Be, Mg. Các kết quả chỉ ra rằng hệ ASiNR hấp phụ các nguyên tử alkaline-earth metals thể hiện tính bán dẫn, rõ ràng nhất với trường hợp hấp phụ calcium. 3.3. Mật độ trạng thái điện tử Mật độ trạng thái điện tử sẽ cho đánh giá rõ hơn tính chất cấu trúc vùng điện tử. Mật độ trạng thái điện tử của các hệ được trình bày ở hình 3. a) ASiNR-Be b) ASiNR-Mg c) ASiNR-Ca Hình 3. Mật độ trạng thái điện tử Kết quả cho thấy rõ đóng góp chủ yếu của Si ở cả ba cấu hình, thể hiện qua đường biểu diễn cao vượt trội hơn so với H và của các nguyên tử hấp phụ. Đóng góp nhiều nhất ở vùng hóa trị, xung quanh mức năng lượng từ -3 eV đến -2 eV. Xung quang mức Fermi tồn tại vùng không 297
mật độ trạng thái điện tử, cho thấy sự tồn tại của band gap như nhận định từ cấu trúc vùng. Trong ba trường hợp hấp phụ, chỉ có Ca đóng góp đáng kể ảnh hưởng đến cấu trúc vùng điện tử, tập trung ở vùng dẫn, xung quanh mức năng lượng 2 eV đến 3 eV. Đây cũng là cấu trúc tiềm năng nhất cho ứng dụng vào lĩnh vực điện tử nano. 3.4. Phân bố mật độ điện tích Phân bố mật độ điện tích của các hệ ASiNR-pristine và sau hấp phụ các kim loại kiềm thổ được trình bày ở hình 4. Ở hình 4a thể hiện phân bố mật độ điện tích của cấu hình ASiNR nguyên sơ; các hình 4b, 4c, 4d lần lượt trình bày phân bố mật độ điện tích của các cấu hình sau hấp phụ các nguyên tử Be, Mg, Ca. a) ASiNR-pristine b) ASiNR-Be c) ASiNR-Mg d) ASiNR-Mg 0 e/a03 0.1 Hình 4. Phân bố mật độ điện tích Kết quả cho thấy có sự dịch chuyển điện tích mạnh mẽ ở các hệ sau hấp phụ so với cấu trúc pristine ban đầu. Thay đổi nhiều nhất ở vị trí vòng lục giác xung quanh nguyên tử hấp phụ. Tại đây, điện tự có xu hướng bị dịch chuyển về, tạo ra vùng âm hơn so với ban đầu, và các vùng khác. Sự dịch chuyển điện tích mạnh mẽ nhất khi hấp phụ nguyên tử Ca, vùng dương xung quanh các liên kết giữa hai nguyên tử Si ban đầu hầu như mất đi. 3.5. Sự dịch chuyển điện tích Sự khác biệt mật độ điện tích giữa các cấu trúc trước và sau hấp phụ được trình bày ở hình 5. Các hình 5a, 5b, 5c lần lượt chỉ ra sự dịch chuyển điện tích khi cấu trúc ASiNR hấp phụ các nguyên tử Be, Mg và Ca. 298
-0.03 e/a03 0.03 a) ASiNR-Be b) ASiNR-Mg c) ASiNR-Ca Hình 5. Sự khác biệt mật độ điện tích Kết quả cho thấy có sự hình thành các vùng điện tích âm và dương sau hấp phụ. Sự phân bố lại mật độ điện tích xảy ra cũng rất khác nhau khi hệ hấp phụ các nguyên tử khác nhau. Khi gấp phụ Berium, phía trong vòng lục giác xuất hiện vùng điện tích âm nhẹ, trong khi xung quanh các nguyên tử Si, lượng điện tích dịch chuyển đến các vị trí khác là tương đối lớn, thể hiện ở các vùng màu đỏ đậm. Khi hấp phụ Mg, các điện tích dịch chuyển tương đối thấp hơn so với hai trường hợp còn lại. Chỉ xung quanh một nguyên tử Si ở vòng lục giác gần nguyên tử hấp phụ có sự mất điện tích nhẹ. Với trường hợp hấp phụ Ca, sự dịch chuyển điện tích diễn ra tương đối đáng kể ở xung quanh nguyên tử Si gần Ca và một số nguyên tử Si lân cận. 3.6. Phân bố mật độ spin Khảo sát phân bố mật độ spin sẽ cho các đánh giá ban đầu về tính chất từ của các hệ cấu trúc. Phân bố mật độ spin của các hệ hấp phụ được trình bày trên hình 6. a) ASiNR-Be b) ASiNR-Mg c) ASiNR-Ca Figure 6. phân bố mật độ spin Kết quả cho thấy tương quan giữa spin-up và spin-down thể hiện rõ ở một số vùng lân cận nguyên tử hấp phụ, nhiều nhất là ở xung quanh vị trí vòng lục giác bị biến dạng nhiều nhất so với cấu hình pristine. Với cấu trúc ASiNR-Be, các vùng chênh lệch giữa spin-up và spin- down nằm rải rác, không tập trung nhiều như với ASiNR-Mg hoặc ASINR-Ca. Tương quan lớn giữa spin-up và spin-down có thể ảnh hưởng đến tính chất từ của cấu trúc. Điều này cần được nghiên cứu rõ ràng hơn để có những hướng ứng dụng phù hợp. 4. KẾT LUẬN Với các tính toán dựa trên lý thuyết phiếm hàm mật độ, thông qua gói mô phòng lượng tử VASP; một số tính chất thiết yếu của hệ vật liệu ASiNR hấp phụ các kim loại kiềm thổ đã được nghiên cứu một cách chi tiết. Các tính chất nào bao gồm cấu trúc, các tính chất điện và tính chất từ. Những kết quả này cho thấy đây là các hệ vật liệu đầy tiềm năng ứng dụng vào trong lĩnh vực điện tử nano và transitor hiệu ứng trường, nhất là với trường hợp các hệ hấp phụ 299
ASiNR-Mg và ASiNR-Ca. Các kết quả này có ý nghĩa dẫn đường cho các nghiên cứu thực nghiệm, tiến đến ứng dụng cụ thể vào thực tế. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Basu, D., Gilbert, M. J., Register, L. F., Banerjee, S. K. & MacDonald, A. H. (2008) Effect of edge roughness on electronic transport in graphene nanoribbon channel metal-oxide-semiconductor field- effect transistors. Appl. Phys. Lett. 92, 042114, doi:10.1063/1.2839330. 2. Chung, H. C., Chang, C. P., Lin, C. Y. & Lin, M. F. (2016), Electronic and optical properties of graphene nanoribbons in external fields. Phys. Chem. Chem. Phys. 18, 7573–7616, doi:10.1039/c5cp06533j. 3. G. Kresse, D. Joubert, (1999) From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method, Phys. Rev. 59 1758. 4. G. Kresse, J. Furthmuller, (1996) Efficiency of ab-initio total energy calculations for metals and semiconduc- ¨ tors using a plane-wave basis set, Comput. Mater. Sci. 6 15-50. 5. G. Kresse, J. Furthmuller, Efficient iterative schemes for ab initio totalenergy calculations using a ¨ plane-wave basis set, Phys. Rev. B 54 (1996) 11169-11186. 6. J.P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, (1996) Generalized gradient approximation made simple, Phys. Rev. Lett. 77 3865. 7. K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, and A. A. Firsov, “Electric field effect in atomically thin carbon films.” Science, 306, 666 (2004). 8. Kaloni, Thaneshwor P., and Udo Schwingenschlögl. (2014) "Effects of heavy metal adsorption on silicene." physica status solidi (RRL)–Rapid Research Letters 8.8: 685-687. 9. Kim, W. Y. & Kim, K. S. (2008). Prediction of very large values of magnetoresistance in a graphene nanoribbon device. Nat. Nanotechnol 3, 408–412, doi:10.1038/nnano.2008.163 . 10. Li, X. L., Wang, X. R., Zhang, L., Lee, S. & Dai, H. (2008), Chemically derived, ultrasmooth graphene nanoribbon semiconductors. Science 319, 1229–1232, doi:10.1126/science.1150878 11. Li, Z., Qian, H., Wu, J., Gu, B. L. & Duan, W. (2008), Role of symmetry in the transport properties of graphene nanoribbons under bias. Phys. Rev. Lett. 100, 206802, doi:10.1103/PhysRevLett.100.206802. 12. Lin, M. F. & Shyu, F. L. Optical properties of nanographite ribbons. J. Phys. Soc. Jpn. 69, 3529– 3532, doi:10.1143/JPSJ.69.3529 (2000). 13. Mehdi Aghaei, Sadegh, Ingrid Torres, and Irene Calizo. (2016)."Structural stability of functionalized silicene nanoribbons with normal, reconstructed, and hybrid edges." Journal of Nanomaterials. 14. Pham, Trong Lam, and Van An Dinh. (2020)"Adsorption of acetone and toluene on single-vacancy silicene by density functional theory calculations." MATERIALS TRANSACTIONS 61.8: 1449-1454. 15. Quhe, Ruge, et al. (2012) "Tunable and sizable band gap in silicene by surface adsorption." Scientific reports 2.1: 853. 16. Sahin, Hasan, and Francois M. Peeters. (2013) "Adsorption of alkali, alkaline-earth, and 3 d transition metal atoms on silicene." Physical Review B 87.8: 085423. 17. Sivek, Jozef, et al. (2013)"Adsorption and absorption of boron, nitrogen, aluminum, and phosphorus on silicene: Stability and electronic and phonon properties." Physical Review B 87.8: 085444. 18. Son, Y. W., Cohen, M. L. & Louie, S. G. (2006), Half-metallic graphene nanoribbons. Nature , 444, 347–349, doi:10.1038/nature05180. 19. Wang, Xiao, et al. (2019) "First‐principles studies of lithium adsorption and diffusion on silicene with grain boundaries." International Journal of Quantum Chemistry 119.13, e25913. 20. Xu, Long, et al. (2015) "Adsorption of Ti atoms on zigzag silicene nanoribbons: influence on electric, magnetic, and thermoelectric properties." Journal of Physics D: Applied Physics 48.21: 215306. 21. Yang, L., Cohen, M. L. & Louie, S. G. (2007), Excitonic effects in the optical spectra of graphene nanoribbons. Nano Lett. 7, 3112–3115, doi:10.1021/nl0716404. 22. Zhang, Jian-Min, et al. (2014), "The study of the P doped silicene nanoribbons with first- principles." Computational materials science 95: 429-434. 300