УДК 539.2
наблюдение релаксации комплексов межузельных атомов в металлах с ГЦК-решеткой
,
Кузбасская государственная педагогическая академия
*****@***ru
Процессы, связанные с динамическими коллективными атомными смещениями, вызывают интерес исследователей. Данная работа является продолжением серии работ по изучению динамических коллективных атомных смещений в металлах при наличии в них дефектов методом молекулярной динамики [1-4].
Целью данной работы является наблюдение процесса релаксации комплексов из различного числа межузельных атомов и различной конфигурации в металлах с ГЦК-решеткой. Исследование проводилось с помощью компьютерной программы [5], позволяющей визуализировать процессы, происходящие на атомном уровне. Модель для исследования представляет собой двумерный ГЦК-кристалл никеля с упаковкой атомов, соответствующей плоскости {111}. Известно, что рассматриваемые комплексы дефектов располагаются именно в таких плоскостях [6].
В центр расчетного блока 50*50 атомов помещался комплекс межузельных атомов, и после включения процесса релаксации наблюдалось возникновение смещений атомов в различные моменты времени эксперимента. Стартовые конфигурации комплексов приведены на рис. 1 (а-г).
В зависимости от конфигурации комплекса наблюдались сходства и различия процессов релаксации. Рассмотрим процесс релаксации кристалла, содержащего комплекс, который приведен на рис. 1 (а). При включении процесса релаксации стартовые смещения имеют вид (рис. 2 (а)). Следует заметить, что смещения направлены наружу от центра равностороннего треугольника межузельных атомов. Динамическая температура на старте резко возрастает до 87 К. Затем смещениям подвергается всё большее число атомов, через некоторое время смещения перестают быть дискретными и трансформируются в продольную волну (рис. 2(б, в)).
Смещения атомов дискретные по направлению, и их амплитуды большие, поэтому по таким характеристикам подобные смещения можно отнести к смещениям, возникающим при ударной волне. Со временем число направлений начинает возрастать, и увеличиваются амплитуды смещений. Уже через 0,44 пс можно наблюдать возникновение коллективных смещений атомов, которые образуют продольную волну со сферическим фронтом. Для оценки скорости распространения смещений принято, что за это время (0,3 пс) фронт волны проходит расстояние, равное 
, следовательно, скорость к этому моменту времени должна составляет величину порядка 5900 м/с. Найденное значение превышает экспериментальное значение скорости продольной звуковой волны для никеля в 1,05 раза. В дальнейшем продольная волна распространяется по кристаллу.
По завершению процесса релаксации происходит изменение стартовой конфигурации: заданный на старте треугольник межузельных атомов трансформируется в дислокационную петлю. Петля расположена в одном из плотноупакованных направлений типа <110>. Таким образом, данная конфигурация не является устойчивой и трансформируется в одномерную цепочку.
Аналогичные картины наблюдаются и в случае остальных конфигураций. Следует отметить, что с ростом числа внедренных атомов увеличивается динамическая температура каждого атома, стадия перехода от ударных смещений атомов к возникновению продольных волн увеличивается по времени с ростом числа межузельных атомов в комплексе.
Изменения скорости, рассчитанной по этому методу (переход от ударных смещений к коллективным), оцениваются достаточно грубо. Поэтому скорость можно оценить и из условия, что отсчитывается для всех случаев одно время относительно начала процесса релаксации, равное 0,64 пс. В результате такой оценки наблюдается следующая зависимость: для случаев 3 и 10 межузельных атомов в комплексе скорости распространения смещений соответственно равны 7800 и 6000 м/с, для случаев 7 и 13 межузельных атомов в комплексе скорости равны 5077 м/с и 5800 м/с соответственно.
Таким образом, процесс релаксации кристаллической структуры содержащей комплексы вакансий и межузельных атомов, также как и в случае одиночных точечных дефектов [1, 2], дислокационных петель [3] протекает с формированием продольных волн.
Литература
, , Возникновение релаксационных волн смещений вблизи точечных дефектов в металлах с ГЦК решеткой. I. Волны смещений вблизи одиночных вакансий // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2008. №4. С. 117-120. , , Возникновение релаксационных волн смещений вблизи точечных дефектов в металлах с ГЦК решеткой. II. Волны смещений вблизи одиночных внедренных атомов // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2009. №1. С. 105-107. , , Волны, возникающие при рекомбинации пар Френкеля в двумерных модельных решетках металлов и их влияние на дрейф агрегатов точечных дефектов // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2009. т.6. №2. С.8-13. , Динамические коллективные смещения атомов в металлах и их роль в вакансионном механизме диффузии // ФТТ. 2009. т.51. №4. С.686-691. "Моделирование методом молекулярной динамики структурно-энергетических превращений в двумерных металлах и сплавах (MD2)". Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ . Прочность сплавов. Часть I. Дефекты решетки: Учебник для вузов. – М.: МИСИС, 1999. – 384 с.
Научный руководитель – д. ф.-м. н., профессор
