Propiedades estáticas, dinámicas y electrónicas del metal Ce en fase líquida. Estudio de primeros principios

Abstract

Las tierras raras constituyen un grupo de elementos químicos con características muy interesantes. Sus configuraciones electrónicas les confieren propiedades únicas, que se utilizan en múltiples aplicaciones: tecnológicas, energéticas, médicas, etc. Dentro de este grupo, el cerio (Ce) posee especial relevancia, por su abundancia y potenciales usos. Se presenta un estudio sobre propiedades estáticas y dinámicas de este metal en su estado líquido, a una temperatura ligeramente superior a la de fusión. Se ha construido un potencial interatómico basado en métodos de aprendizaje automático (ML), entrenado con datos procedentes de cálculos ab-initio (DFT con corrección Hubbard). Se obtuvieron datos sobre la estructura estática del material, el número de coordinación y la compresibilidad isoterma. En relación a la dinámica, se calculó el coeficiente de auto-difusión, la relación de dispersión, la velocidad adiabática del sonido y la viscosidad de cizalladura. En general, los resultados muestran buen acuerdo con los escasos valores disponibles en la bibliografía.

Rare earth elements constitute a group of chemical elements with highly interesting characteristics. Their electronic configurations endow them with unique properties, which are exploited in a wide range of applications, including technological, energy-related, and medical fields. Within this group, cerium (Ce) stands out due to its abundance and potential uses. This work presents a study on several static and dynamic properties of liquid cerium at a temperature slightly above its melting point. An interatomic potential based on machine learning (ML) has been developed, trained on data obtained from ab-initio calculations (DFT+U). Static structural properties, coordination number, and isothermal compressibility were evaluated. Regarding the dynamics, the self-diffusion coefficient, dispersion relation, adiabatic sound velocity, and shear viscosity were computed. Overall, the results show good agreement with the limited experimental data available in the literature.