Abstract

Techniques of atomistic simulation have been used to study the incorporation of the M2+ impurities iron, manganese and cadmium into sphalerite. The calculations show that bulk impurity ions are most easily incorporated by direct substitution at the Zn site, and that the substitution energies exhibit a linear relationship with ionic radii. Furthermore, there appears to be no driving force for the creation of clusters, or any barrier to their formation. However, the formation of iron pairs leads to deviations from Vegard’s Law. Simulations of pure ZnS surfaces have identified a new reconstruction for the zinc-terminated (1̅1̅1̅), which has the lowest energy of all {111}-type surfaces. Furthermore, impurities can exchange with zinc more easily on (1̅1̅1̅) than on any of the other surfaces studied. The results of the simulations show that crystal morphology and surface structure will exert an influence on uptake of impurities, with the effect being most noticeable for cadmium and least important for iron.

Abstract

Les techniques de simulation atomiste ont été utilisées afin d’étudier l’incorporation des impuretés M2+, c’est-à-dire fer, manganèse et cadmium, dans la sphalérite. D’après ces calculs, les ions de ces impuretés seraient le plus facilement incorporés par substitution directe sur le site Zn; les énergies de substitution font preuve d’une relation linéaire avec le rayon ionique. De plus, il ne semble pas y avoir une énergie motrice favorisant la création d’agrégats d’atomes, ni d’entrave à leur formation. Toutefois, la formation de paires d’atomes de fer mène à un écart de la loi de Vegard. Les simulations des surfaces du ZnS pur révèlent une nouvelle reconstruction de la surface d’atomes de Zn sur (1̅1̅1̅) qui possède l’énergie la plus faible de toutes les surfaces de type {111}. De plus, les impuretés peuvent remplacer le zinc plus facilement sur (1̅1̅1̅) que sur toute autre surface étudiée. Les résultats des simulations démontrent que la morphologie des cristaux et la structure de la surface exercent une influence sur le taux d’incorporation des impuretés, l’effet étant le plus marqué pour le cadmium, et le moins important pour le fer.

(Traduit par la Rédaction)

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