金属间化合物Ni_3Al反相畴界能及层错能的改进分析型嵌入原子法计算

采用改进分析型嵌入原子法(modified analytical embedded atom method,MAEAM),计算了L12型金属间化合物Ni3Al的层错能及可能存在的3种反相畴界(001)(、011)和(111)的畴界能,其数值分别为16.43、61.77、78.22和132.50 mJ/m2.从能量最小化考虑,在越过居里点(Tc=1 395℃)的降温过程中,金属间化合物Ni3Al发生无序与有序相变的最可几界面依次为堆垛层错、(001)(、011)和(111)反相畴界.

碱金属声子色散的改进分析型嵌入原子法计算

结合晶格动力学理论,运用改进分析型嵌入原子法,沿Brillouin区中的3个高对称方向[00ζ][ζζζ]和[0ζζ],计算了碱金属Li,Na,K,Rb,Cs的声子色散。计算结果表明:沿着相同方向,5个碱金属的声子色散曲线相似,但是频率依次沿Li,Na,K,Rb,Cs的顺序降低。这是由于它们的原子质量依次增大或者是它们的结合能依次减少的缘故;沿着[00ζ]和[ζζζ]方向,2个横波相互简并。这是因为碱金属晶体具有高度的四重和三重旋转对称轴。理论计算结果与实验结果符合得比较好。

密排六方金属中多空位的改进分析型嵌入原子法计算

应用改进分析型嵌入原子法(Modified Analytical Embedded-Atom Method,MAEAM),计算了密排六方(Hexagonal Closed-Packed,HCP)金属(c/a<1.633)单空位形成能以及双空位与三空位的形成能与结合能.空位形成能的最小值或结合能的最大值均表明,双空位稳定结构是第一近邻[1n]、第二近邻[2n]或第三近邻[3n];三空位稳定结构是三空位组成两个第一近邻和一个第二近邻[112]、一个第一近邻和一个第二近邻以及一个第三近邻[123]或三个第二近邻[222].这说明在密排六方金属(c/a<1.633)中存在空位聚集趋势.

体心立方金属对称倾斜晶界的改进分析型嵌入原子法模拟

采用改进分析型嵌入原子法(modified analytical embedded atom method,MAEAM),从原子尺度对体心立方(body-centered cubic,BCC)金属Li在以[001]为旋转轴的对称倾斜晶界(symmetrical tilt grain boundary,STGB)中的结构和能量进行了计算机模拟.结果表明,刚性结合的对称倾斜晶界面附近的原子距离非常近,从而导致能量异常高.所研究的27个晶界面两晶粒间的相对平移均可降低晶界能,最小晶界能出现在特定的平移距离处,且随重合密度倒数Σ增加而振荡增加,随相对面间距ad增加而减小,3个最低能量的晶界面依次对应于(310)、(530)和(510).由能量最小化原理知这些晶界面将依次择优出现.

体心立方过渡金属低指数表面单空位的改进分析型嵌入原子法模拟

应用改进分析型嵌入原子法(modified analytical embedded-atom method,MAEAM),计算了7种体心立方(body-centered cubic,BCC)过渡金属Fe、W、Mo、Cr、Ta、Nb和V等低指数(100)、(110)和(111)表面前9层上的单空位形成能.结果表明,对每一种金属,单空位形成能在同一低指数表面层中的第1层最低,且在表面第1层和第2层(Nb除外)随表面原子密度的减小而降低,即E(11f11),1<E(1f100),1<E(1f110),1,E(1f111),2<E(1f100),2<E(1f110),2.这说明BCC过渡金属表面第1层比其他层更容易形成空位,尤其在(111)表面.

Cr中SIA辐照损伤的改进分析型嵌入原子法的分析

将MAEAM和MD模拟方法相结合,从原子尺度上研究Cr中哑铃(dumbbell)间隙的稳定结构,获得了哑铃SIA在(001)和(110)表面的能量E,并计算了Cr中(110)和(111)哑铃SIA的形成能。结果表明:SIA处于Cr(001)和(110)面时,(110)哑铃SIA结构最为稳定;形成能的结果与用第一原理和其他的理论或实验方法获得的结果基本一致。

六方密排金属晶格振动的改进分析型嵌入原子法研究

在简谐近似下,应用改进分析型嵌入原子法模拟了六方密排结构金属铍、镁和锆沿ΓK、KM、ΓM和ΓA对称方向的声子色散曲线,计算了五个不同对称点处振动态的极化矢量,讨论了原子的振动特征。结果表明:铍、镁和锆三种金属的声子色散曲线非常相似,只是数值不同;沿ΓK、KM和ΓM对称方向,三种金属均有六条独立的色散曲线,每个波矢对应有六种振动态;沿ΓA方向存在四条独立色散曲线,其中OT色散曲线是由OT 1和OT 2色散曲线简并而成。在同一波矢下,OT 1对应的振动态完全在X方向极化,而OT 2相应的振动态完全在Y方向极化,属于两种不同的振动态,相似情况也发生在AT色散曲线中。

金属Ta中刃型位错弛豫结构和能量的原子级模拟

采用改进分析型嵌入原子法(Modified Analytical Embedded Atom Method,MAEAM),结合分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟方法,从原子尺度对金属Ta中的a[100]刃型位错弛豫结构和能量进行了计算机模拟.结果表明,弛豫后的平衡结构具有C2v型群对称性;当径向距离R≥1.5b=4.953 9×10-8cm时,单位长度位错线应变能Es与ln(R/2b)成线性关系,由此确定的位错芯区半径rc=4.953 9×10-8cm,由线性拟合的截距确定的畸变能Ecore=1.574 5×108eV/cm.

高压下钼的声子色散的改进分析型嵌入原子法研究

应用改进分析型嵌入原子法模型计算了不同高压下金属钼的原子力常数和动力学矩阵,重现了压强下金属钼沿[00ζ]、[0ζζ]和[ζζζ]3个高对称方向上声子色散的实验结果,预测了钼在压强分别为60、80和100 GPa时的声子色散曲线。结果表明:压强分别为0.1 MPa、17 GPa和37 GPa时金属钼的声子色散曲线的模拟结果和实验值符合较好,特别在低频附近二者几乎一致,而在布里渊区的边界点附近,两者在数值上略有差异;在压强分别为60、80和100 GPa时所预测的声子色散曲线和常压下声子色散曲线的形状都非常相似;高压下所有振动支的振动频率均高于常压下的振动频率,且振动频率随压强的增大而增大。

Au/Si扭转界面能各向异性研究

采用改进型嵌入原子法(modifiedembedded atom method,MEAM),计算了(001)Au/(111)Si、(011)Au/(111)Si、(111)Au/(111)Si、(001)Au/(001)Si、(011)Au/(001)Si、(111)Au/(001)Si六个扭转界面的界面能.结果表明,不论是对于(111)Si还是(001)Si基底,相同基底的界面均按照(111)Au/Si、(001)Au/Si、(011)Au/Si顺序依次增加;从界面能的最小化考虑,Au在(111)Si或(001)Si基底上的外延生长,Au(111)面为择优晶面,择优扭转角分别为θ=2.68°和θ=2.42°.

铌和钨(001)面熔化的分子动力学模拟

采用改进分析型嵌入原子方法(MAEAM),对铌、钨晶体的(001)面预熔和熔化过程进行分子动力学模拟。通过计算不同温度的原子位置、层原子密度、层结构因子、径向分布函数等物理量,研究(001)面的微观结构随温度的变化。结果表明,(001)面在低于其完整晶体的熔化温度出现预熔。另外,通过将该面预熔摩尔分数对温度进行拟合发现,可以近似地预测(001)面的预熔过程。

金属锶的声子谱及振动性质的研究

基于改进分析型嵌入原子法模型和晶格动力学理论,在谐和近似下重现了面心立方金属锶沿[00ζ]、[0ζζ]、[ζζζ]和[0ζ1]四个高对称方向上声子谱的实验结果,预测了沿[0.5 1-αα]、[0.5+α1-α0]、[0.5+α0.5+α0.5-2α]和[α1-αα]四个低对称方向上的声子谱,并讨论了不同对称方向上不同色散支的兼并特征和振动性质。结果发现:高对称方向上声子谱的计算结果与实验结果非常吻合,在低频附近二者完全一致。在[00ζ]和[ζζζ]两个高对称方向上,振动方向不同的两个声频横波模AT1和AT2兼并为一个声频横波模AT;在其它高对称方向上没有兼并现象,各个色散支的振动方向和振动模式不随波矢变化。

面心立方金属Cu,Ag,Au和Al的自扩散能量计算

为了解面心立方金属(FCC)Cu,Ag,Au和Al中原子的自扩散机制,用改进分析型嵌入原子法(MAEAM)分别计算了这四种金属的第一最近邻(FNN),第二最近邻(SNN)和第三最近邻(TNN)的自扩散过程中的能量.这四种金属的三种扩散机制中的计算结果表明:每一种扩散机制能量曲线图对称,并且在扩散路径中点位置能量最大;每种金属的三种扩散机制中,第一最近邻自扩散最容易发生.

晶格驰豫对Ni_3Al的反相畴界能计算的影响

采用改进分析型嵌入原子法(MAEAM)计算了具有L12结构的金属间化合物Ni3Al的由反相畴界引起的多层驰豫及反相畴界能.计算结果表明,Ni3Al中{111}晶面的弛豫要比{001}和{011}两个晶面大几个数量级,可以认为弛豫主要表现在(111)方向;计算了Ni3Al中{001}、{110}和{111}三种反相畴界能,其数值分别为51.37,60.56,129.11(mJ/m2).与实验结果及其他理论值比较发现:经过驰豫后的计算值要比未经驰豫的计算值更接近实验值,对Ni3Al反相畴界能的影响不能简单忽略.

金属铬的声子色散关系及振动特性

利用改进分析型嵌入原子法模型和晶格动力学理论,在谐和近似下重现体心立方金属铬沿[ζ00]、[ζζ0]和[ζζζ]3个高对称方向上声子色散关系的实验结果,预测沿[α1-αα]、[α1-α0]和[0.5 0.5α]3个低对称方向上的声子色散关系,并讨论不同对称方向上不同色散线的兼并特征和振动性质.结果发现:高对称方向上声子色散曲线的计算结果与实验结果整体一致,特别在低频附近二者相一致,在高频附近,计算结果与实验结果所对应的色散曲线形状相似,数值上稍有偏差.在[ζ00]和[ζζζ]2个高对称方向上,振动方向不同的两支声频横波线AT1和AT2兼并为一支声频横波线AT;在[ζζ0]高对称方向和低对称方向上都没有兼并现象.

α-Fe基体内部和(001)表面空位形成能和结合能的计算

为进一步了解体心立方金属α-Fe中空位存在对其物理,化学与机械性能的影响,用改进分析型嵌入原子法计算了α-Fe基体内部和(001)面前五层的单空位形成能和双空位形成能与结合能.计算表明:形成能最小时,表面原子第一层很容易形成单空位和结构a双空位.结合能最大时,表面第一层结构a双空位最稳定,第一层与第二层两个最近邻空位的结构d次之,α-Fe金属表面层中存在空位向表面第一层迁移和聚集趋势.

晶格弛豫对FCC金属层错能计算的影响

采用改进分析型嵌入原子法(MAEAM)计算了Cu、Ag、Al、Pb等四种面心立方金属的由堆垛层错引起的多层弛豫以及堆垛层错能.计算结果表明,四种金属中由层错导致的晶格弛豫方式都一样,既层错发生处的4个{111}晶面间膨胀,而其他晶面间距被不同程度的压缩;不同的金属其晶格弛豫对层错能的影响不同.晶格弛豫对金属层错能计算的影响不能简单的予以忽略.

密排六方金属自扩散的计算机模拟

应用改进分析型嵌入原子法(modified analytical embedded-atom method,MAEAM),研究了Re、Ru、Zr、Y、Co和Sc 6种密排六方(hexagonal closed-packed,HCP)金属(c/a<8/3^(1/2))单空位最近邻(NN,非基平面)、次近邻(NNN,基平面)和第三近邻(TNN,非基平面)原子自扩散机制.结果表明,3种机制能量曲线均是对称的,且能量极大值出现在迁移路径的中点.根据能量最小化原理,这6种HCP金属中单空位最可几迁移路径依次为最近邻、次近邻,第三近邻原子迁移困难.

体心立方晶体铁在双轴作用下的结构稳定性研究

采用改进分析型嵌入原子法对体心立方晶体铁在双轴载荷作用下的结构稳定性和理论强度进行了研究.根据Milstein修正的单轴载荷下的Born稳定判据,推导出了晶体在双轴载荷下的稳定性判据.结果表明,在压缩区域出现的无应力面心四方相是不稳定的,会自发的滑向近邻无应力亚稳态体心四方相.体心立方晶体铁在双轴载荷下稳定范围是0.2657~0.2989nm,对应的压应力和张应力分别为43.73eV/nm3和34.14eV/nm3.

FeCr合金辐照损伤中点缺陷的分子动力学研究

采用改进型EAM原子嵌入势,结合分子动力学方法,从原子尺度上研究FeCr合金在幅照损伤中产生的点缺陷,获得了各种构型点缺陷的结合能和形成能。模拟研究表明:FeCr合金中Cr与第一近邻空位结合能最低(约60meV),自间隙挤塞子中〈111〉Fe-Cr具有最高的结合能,最稳定。