铜团簇嵌入原子势模型的参数修正及应用

利用蒙特卡罗方法和嵌入原子势方法模型,模拟了铜团簇的结构和结合能。发现在n=2时,理论值和实验值间偏差较大。根据Cu2的实验值,对嵌入原子势方法模型中的参数进行了修正。在此基础上重新计算了Cun(n=2—21,35和55)的结构和结合能,发现修正后的参数适合于n=2—20的较小铜团簇。

Ni,Al及其合金的一种嵌入原子势

嵌入原子势在金属材料的结构及其物性的计算机模拟方面仍然有着重要的作用.针对面心立方结构的镍、铝及其合金,我们拟合了一种简单形式的嵌入原子势.势参数的拟合使用了相应材料的晶格常数,结合能、空位形成能以及三个弹性常数C_(11),C_(12),C_(44).除了一些高频部分的合理偏差之外,使用拟合的势参数得到的声子谱与实验结果符合良好.此外,得到的状态方程也与第一原理的理论结果很好地符合,说明了此嵌入原子势的可靠性.

金属钛嵌入式原子势的计算及验证

本文利用分析型的原子间作用势形式得到了金属钛的嵌入式原子势(EAM),通过计算金属钛的熔点、空位形成能验证金属钛嵌入式原子势的准确性。计算得到的金属钛的熔点为1 920 K,空位形成能为1.469 eV。与实验值1 941 K、1.500 eV存在着21 K、0.031 eV的差距,模型中原子数量较少可能是造成数据偏差的主要原因。

嵌入原子势的分子动力学并行算法研究

针对嵌入原子势,提出了1种新的并行分子动力学算法——作用力分解算法.并与另外2种并行算法进行了比较.作用力分解算法并行代码编写简单,不要求模拟区域具有规则形状.而测试并行后的速度表明,当计算的原子数目小于104数量级时,它是最佳的并行算法.

嵌入原子势计算FCC金属的声子谱与表面驰豫(英文)

给出了一个简单解析的嵌入原子势模型。该模型被用于计算ＦＣＣ金属的声子谱、表面能、表面驰豫、结构稳定性和总能曲线，计算结果与实验及更高水平的计算结果进行了比较。

Ti_(2)AlNb合金的嵌入原子势

分子动力学模拟是一种行之有效的计算机模拟方法;然而,由于缺少合适的多元合金原子间势,因而限制了分子动力学模拟的应用.多元合金原子间势的开发一直具有挑战性.本文在嵌入原子势模型的框架下,提出一种适用于三元有序合金的原子间势构建方法,并开发了适用于原子尺度力学行为模拟的Ti_(2)AlNb合金新型原子间势.该势能够很好地再现B2-Ti_(2)AlNb的弹性常数、未弛豫的空位形成能、置换原子形成能、换位原子形成能、表面能和三种有序构型(B2相、D0_(19)相、O相)在不同体积下的内聚能.为了进一步检验势函数,计算了B2相的E-V曲线,结果与Rose曲线符合得很好;利用分子动力学模拟研究了B2相的熔化转变过程,结果大致反映了实验情况.本文的工作一方面为开发多元合金原子间势提供一种途径,另一方面为模拟计算Ti_(2)AlNb合金的工作者提供一种选择.

紧束缚势和修正的嵌入原子势计算液态Sn双体相关函数差异

对500个Sn原子分别用两种模型(紧束缚势和修正的嵌入原子势)计算了400℃～1700℃温度范围内纯Sn的双体相关函数g(r).将计算结果与实验数据进行了对比分析,发现两种计算结果都能基本上反映液态Sn的结构及其随温度的变化情况:原子最近邻距离与实验结果相近;随着温度降低,双体相关函数第一峰变得尖锐,第二峰变得明朗.修正的嵌入原子势模型得到的双体相关函数的第一峰右侧有个突起的肩膀,这在实验结果中也被发现,而紧束缚势模型得到的双体分布函数肩膀不明显.

嵌入原子势计算镍单晶的理论断裂强度

用嵌入原子势(embedded atom method)计算镍单晶的力学性质．镍单晶沿[100]方向受单轴外力作用,当外力为压应力时,其结构发生转变,产生一个不稳定的BCC结构相;为张应力时,镍单晶产生均匀形变,其形变达9.03%时材料断裂,相应的理论断裂强度为0.442×10^(11)dyn/cm^2,计算结果与实验结果基本一致。由计算结果进一步说明嵌入原子势能很好地计算非平衡态的物理性质。

一种用于HCP金属的多体势模型

提出了一种非球对称结构的嵌入原子势模型 ,以改变常见的只用一组参数的方法 ,使得原子的行为呈现为非球对称性 ,满足了密排六方结构 ( HCP)金属的非球对称条件 ,从而使计算结果有显著改善 .计算了 4种过渡族 HCP金属的结合能、空位形成能、体弹模量和弹性常数 ,并和实验数据做了比较 .参数拟合计算表明 ,这一模型适用于过渡族金属中 HCP金属的力学性能和结合能的理论计算 .该模型并可用于材料中微缺陷性能的计算机模拟研究 .

金属Cu体熔化与表面熔化行为的分子动力学模拟与分析

采用Mishin嵌入原子势,通过分子动力学方法模拟了金属Cu原子体系的体熔化和表面熔化行为,分析了体熔化过程中系统结构组态和能量变化以及表面熔化过程中固-液界面迁移情况.模拟结果表明:在体熔化过程中,结构组态与能量在1585K处发生突变;在表面熔化过程中,固-液界面在1380K保持静止.两种熔化过程的不同发生机制是导致体熔点1585K高于热力学熔点1380K的原因.在实际熔化中,表面熔化处于支配地位,实验测量的是热力学熔点.得到的热力学熔点与实验结果吻合良好,验证了本文所采用方法是正确和有效的,同时也说明了Mishin嵌入原子势适合处理复杂无序体系.

铜团簇Cu_n(n=2-60)的基态能量与几何结构的Monte Carlo模拟

采用蒙特卡洛(MC)方法和嵌入原子势(EAM)函数,研究了铜原子团簇的结构及其结合能。表明铜原子团簇在n值较小时,趋向于立体结构,而非平面结构;n>13的铜团簇都是在正二十面体的基础上添加原子形成的,通过分析团簇的结构和能量之间的关系发现,如果添加原子后形成的Cun具有较高的对称性,那么这种铜团簇的结构就稳定。

微观尺度下单晶铜熔点多因素影响的分子动力学模拟研究

基于分子动力学方法,利用嵌入原子势(EAM)函数,在微观尺度下研究了影响单晶铜熔点的多种因素。首先利用势函数计算单晶铜的晶格常数和弹性常数,以此验证本研究所采用势函数的准确性,然后利用能量体积法、径向分布函数法和键对分析技术对模拟得到的结果进行分析,测得单晶铜熔点约为1 380K。分析了模型大小、升温速率、晶体缺陷对铜熔点的影响,研究发现模型大小、升温速率对熔点的影响不大,随着升温速率的增大,达到熔点所需的时间越短。晶体缺陷的存在使金属材料晶格点阵稳定性下降,熔化需要的热量减少,熔点相应降低,与实际熔点情况一致。

基于分子动力学结合神经网络的Au表面能计算方法

利用嵌入原子模型, 采用分子动力学方法计算了贵金属 Au低指数晶面及部分简单高指数晶面的表面能。同时, 采用Levenberg Marquardt 算法, 建立了Au表面能的BP神经网络模型; 结合分子动力学模型的计算数据, 通过大量数据的自学习训练, 完成神经网络模型对 Au高指数晶面表面能的预测。计算结果表明: 该方法具有较高的预测精度, 能正确预言低指数晶面表面能的排序, Au各晶面的表面能随其晶面与(111)密排面夹角的增大呈现先增大后减小的特点。

核反应堆压力容器模拟钢中富Cu原子团簇的析出与嵌入原子势计算

利用原子探针层析技术(APT)和热处理时效方法,研究了合金元素Ni对核反应堆压力容器模拟钢中富Cu原子团簇析出的影响.实验结果表明,添加合金元素Ni(0.84wt%)的样品中析出富Cu原子团簇的数量密度高于不添加Ni的样品,富Cu原子团簇内以及团簇和基体界面处都有Ni元素的富集现象,这说明合金元素Ni会促使富Cu原子团簇的析出.从多体势的角度出发,利用嵌入原子势理论,基于纯金属元素Fe,Cu,Ni的多体势参数,建立了Fe-Cu二元和Fe-Cu-Ni三元体系的嵌入原子多体势.计算结果表明,当模拟合金中存在1at%Ni时有利于富Cu原子团簇的析出,这与实验结果相符.

Al-Pb互不溶体系机械合金化过程中固溶度的计算

计算了 8种fcc金属 (Ag ,Al,Au ,Cu ,Ni,Pb ,Pd和Pt)和Al Pb互不溶体系的嵌入原子势 (EAM) ,并计算了用EAM模型计算的结构稳定性。计算结果和实验结果吻合较好 ,而且拟合得到的fcc模型在结构上是稳定的。运用拟合得到的数据计算了Pb在Al中的溶解热 ,结果与abinitio计算结果相近。根据机械合金化扩展固溶度的理论 ,计算了Al Pb互不溶体系机械合金化后的固溶度 ,约为 0 .19% (摩尔分数 )。

Ni-Co合金快淬过程的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟熔体旋淬技术的合金快淬过程,在不同的冷却速度下研究Ni-Co合金在快淬后的结构特征。模拟发现:Ni-Co二元合金的凝固过程对冷却速率的变化较为敏感,体系对形成非晶对冷却速率要求较高,约在80 K/ps以上,可以采用增加添加元素的方法来降低材料对冷却速率的要求;在75 K/ps的冷却速率下合金最终完全晶化,发生结构转变,而且在较低温度(375 K)下很明显。

Pu-Ga合金中氦泡聚集行为的分子动力学模拟

在钚(Pu)材料中加入少量其他金属元素,如铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铈(Ce)等,能实现Pu合金材料在室温条件下稳定。本文采用分子动力学(MD)方法及修正的嵌入原子势(MEAM),在300K下对Pu-Ga合金中的氦泡聚集行为进行了模拟,合金中Ga的含量(原子分数)分别为0%、2%和5%。通过计算和分析,得到不同Ga含量下,随氦原子数目增长Pu-Ga合金中氦泡半径和压强的变化趋势,以及由氦泡引起的体积膨胀,研究结果对于理解钚自辐照过程中的氦效应的内在机制具有一定的参考价值。

分子动力学方法模拟Be高温和高压的状态方程和力学性质

利用分子动力学方法,采用修正镶嵌原子势函数,在两组势参数下模拟Be单晶的等温、等压状态方程.通过径向分布函数,均方根位移随时间的变化分析Be的结构信息.比较两组参数的模拟结果,第一组势参数作用下体系原子间作用较小,较易压缩.两组势参数300K等温压率比较,第二组势参数的模拟结果与实验符合的更好.对于弹性常数,第二组势参数不能考虑温度和压强的影响.用第一组势参数计算Be单晶的弹性常数,根据弹性常数随压强的变化判断材料的低温相变,相变压强为320GPa,与第一性原理计算符合较好;弹性常数随温度增加而减小,与实验结果相符.总体而言,第一组势函数能更全面的反映Be单晶的结构特点.

高压下铜的声子谱和弹性系数

以Foiles、Baskes和Daw提出的嵌入原子势(EAM)为基础,并结合Vinet-Rose形式的普适物态方程,建立了金属铜原子间的EAM势。在此基础上,用EAM势和第一原理微扰理论方法计算了高压下铜的声子谱和弹性系数。通过适当地调整嵌入原子势参数,这两种方法几乎能够给出完全一致的结果。而且,晶格振动声子谱和比热的理论值与实验值也符合得非常好。

磁性薄膜生长的元胞自动机模拟

采用原子嵌入势,用元胞自动机方法模拟了铁(001)面上的薄膜生长。研究了溅射原子的沉积、迁移扩散和再蒸发3个主要的过程。发现溅射功率和基底温度对薄膜表面所形成岛核的形态影响很大,定量计算了当溅射功率和基底温度变化时岛的均匀度。给出了对于实验有指导意义的结论。