А. С. ЧИРКОВ
Научный руководитель – А. В. НАЗАРОВ, к. ф.-м. н., доцент
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИФФУЗИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ В ОЦК ЖЕЛЕЗЕ
В данной работе с использованием метода молекулярной статики осуществлено моделирование свойств точечных дефектов в α-железе с использованием формализма Финниса-Синклера (многочастичного описания межатомного взаимодействия).
Несмотря на появление точных квантово-механических методов расчёта внутрикристаллической структуры и межатомного взаимодействия, на практике их применение ограничено расчётным временем и количеством моделируемых частиц (несколько сотен атомов). В то время как использование эмпирических многочастичных потенциалов позволяет в достаточно короткие сроки моделировать ансамбли из тысяч и десятков тысяч атомов и получать достаточно точные результаты.
Данная работа выполнена в рамках модели Финниса и Синклера, основанной на теории функционала электронной плотности и являющейся приближением второго порядка теории сильной связи. В данной модели полная энергия ансамбля N атомов определяется следующим образом [1]:
где Фij и φij –функции, зависящие от расстояния между ионами, rij = |rij| = |rj-ri|. Первое слагаемое приведённой формулы представляет собой традиционную сумму парных взаимодействий, а второе слагаемое интерпретируется как сумма функций электронной плотности, ответственных за притяжение [2].
Для определения диффузионных характеристик использовался метод молекулярной статики. Исследуемая ОЦК структура представлена расчётной ячейкой кубической геометрии, содержащей около 2500 атомов. При моделировании использовались многочастичные потенциалы Экланда.[3] и, для сравнения, парный потенциал Джонсона. Результаты представлены на рис. 1.
Рассчитаны энергии образования и миграции вакансии в α-железе. Величина энергии образования вакансии, полученная с помощью многочастичного потенциала Экланда (1.70 эВ) неплохо согласуется с данными других исследований и экспериментальными данными [2,3].
С использованием различных методов релаксации структуры получены потенциальные барьеры для моновакансии в α-железе. Энергии миграции вакансии составляют соответственно 0,69 эВ для парного потенциала Джонсона и 0,78 эВ для многочастичного потенциала Экланда. Кроме того, используя результаты работы [4], рассчитаны объёмы образования и миграции вакансии.
Рис. 1 Зависимость потенциальной энергии системы от позиции атома, совершающего скачок в вакансию. ОЦК структура α-Fe.
■ - многочастичного потенциала Экланда
▲ - парный потенциал Джонсона
Таким образом, нами разработана модель, позволяющая рассчитывать характеристики точечных дефектов с использованием многочастичных потенциалов. Приведены результаты расчётов диффузионных характеристик точечных дефектов в α-железе.
Список литературы
1. M. W. Finnis, J. E. Sinclair. A simple N-body potential for transition metals. Phil. Mag. A, 1984, Vol. 50, No 1, p. 45-55.
2. M. S. Daw, M. I. Baskes, Embedded-atom method: derivation and application to impurities, surfaces and other defects in metals. Phys. Rev. B, 1984, Vol.29, No 12, p. 6443.
3. G. J. Ackland, D. J. Bacon, A. F. Calder, T. puter simulation of point defect properties in dilute Fe-Cu alloy using a many-body potential. Phil. Mag. A, 1997, Vol. 75, No 3, p. 713-732.
4. A. V.Nazarov, M. G.Ganchenkova and A. A. Mikheev, "Theory of diffusion under pressure", Defect and Diffusion Forum,2001, Vol. 194-199, p 49.
Сведения по докладу
чИРКОВ а. с.,
Моделирование диффузионных характеристик точечных дефектов в ОЦК железе
чИРКОВ а. с.,
Московский государственный инженерно-физический институт (государственный университет)
Моделирование диффузионных характеристик точечных дефектов в ОЦК железе
CHIRKOV a. s., Nazarov A. V.
Moscow engineering physics institute (state university)
Simulation of diffusion features of point defects in fcc-Fe
