非晶態(tài)金屬al中微團(tuán)簇多面體結(jié)構(gòu)及其演變規(guī)律的模擬研究

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1、第19卷第1期原子與分子物理學(xué)報(bào)Vol.19，’.1())(年1月*+,-./.0123-45164718,*4-9815.*2543:+;/,*/0<=.，())(文章編號(hào)：1)))>)?@（A())(）)1>))B9>)@非晶態(tài)金屬4l中微團(tuán)簇多面體結(jié)構(gòu)及其演變規(guī)律的模擬研究*鄭采星1，劉讓蘇1，董科軍1盧小勇?，彭平1，劉海蓉(，徐仲榆(，謝泉A（1.湖南大學(xué)應(yīng)用物理系；(.化學(xué)化工學(xué)院；?.電氣工程學(xué)院，長(zhǎng)沙A1))C(；A.長(zhǎng)沙交通學(xué)院基礎(chǔ)科學(xué)部，長(zhǎng)沙A1))D@）摘要：對(duì)B))))個(gè)金屬4l原子從液態(tài)急冷形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的過(guò)程進(jìn)行了分子動(dòng)力

2、學(xué)模擬研究。采用原子鍵型和原子團(tuán)簇類(lèi)型指數(shù)法，發(fā)現(xiàn)在其微觀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，與不斷增加的1BB1鍵型密切相關(guān)的二十面體及其缺陷結(jié)構(gòu)的形成起了非常突出的作用。通過(guò)各種鍵型原子團(tuán)簇的計(jì)算，獲得團(tuán)簇多面體結(jié)構(gòu)的分布數(shù)據(jù)。在可視化的顯示下，得到一幅十分清晰的關(guān)于團(tuán)簇多面體結(jié)構(gòu)的特征及其演變的圖景。建立了一種簡(jiǎn)單而有效的團(tuán)簇多面體結(jié)構(gòu)研究方法。同時(shí)也對(duì)模擬計(jì)算結(jié)果的微觀機(jī)理給出了相應(yīng)的討論，這對(duì)于深入理解非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制及其微觀過(guò)程，將有重要的啟示作用。關(guān)鍵詞：非晶態(tài)金屬；分子動(dòng)力學(xué)；團(tuán)簇多面體；計(jì)算機(jī)模擬與可視中圖分類(lèi)號(hào)：1B((.(文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：41引言

3、簇多面體的情況。所以本文在原有研究工作的基礎(chǔ)上［(LD］，采用并行算法，對(duì)于由B))))個(gè)金屬4l原近年來(lái)，對(duì)于原子團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)逐步發(fā)子組成的液態(tài)金屬大系統(tǒng)，進(jìn)行急冷凝固過(guò)程的分展成為介于微觀的原子、分子與宏觀的凝聚態(tài)（液體子動(dòng)力學(xué)模擬跟蹤研究。采用+o=JEMNII>4=FJKHJ=或固體）兩個(gè)層次之間的一個(gè)重要的學(xué)科領(lǐng)域，因?yàn)椋跜］（+4）鍵型指數(shù)法和OP>Q<=R的原子團(tuán)簇類(lèi)型指對(duì)它的深入研究將大大有助于揭示從單個(gè)原子、分［9］數(shù)法，不但可以方便地分析模擬體系中原子短程子到凝聚態(tài)的演變規(guī)律，為材料的合理設(shè)計(jì)和改性排布的幾何特點(diǎn)，而且還可以

4、有效的描述液態(tài)、非晶提供科學(xué)依據(jù)。5loEF和0oG=HIo=結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采態(tài)及其相互轉(zhuǎn)變過(guò)程中幾何結(jié)構(gòu)演化的特征。在圖用經(jīng)驗(yàn)多體勢(shì)和8o=IJ*

5、的方式卻與實(shí)際情況有很大差異，因此，采用8o=IJ*)@>(@基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（

6、批準(zhǔn)號(hào)：B9CD1)1@）作者簡(jiǎn)介：鄭采星（19BCS），男，副教授，博士，從事液態(tài)及非晶態(tài)合金的模擬研究。聯(lián)系人：劉讓蘇（博士生導(dǎo)師、教授）。60原子與分子物理學(xué)報(bào)2002年界條件運(yùn)行，其原子間相互作用勢(shì)采用由用Honeycutt-Andersen（HA）鍵型指數(shù)法來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)［10，11］等人所發(fā)展的擴(kuò)展非局域模型膺勢(shì)理論分析，測(cè)定各有關(guān)原子團(tuán)簇成鍵的類(lèi)型及其指數(shù)，并Wang中的雙體有效勢(shì)函數(shù)在VB可視數(shù)據(jù)庫(kù)的幫助下清晰地再現(xiàn)了各種多面∞體團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，并結(jié)合其分布數(shù)據(jù)，進(jìn)行各種分析比22V（r）=（Zeff/r）[1-(π∫)dqF（q）si（nrq

7、）/q]（1）較，進(jìn)一步探討其變化規(guī)律。o式中Zeff和F（q）分別表示有效離子價(jià)和歸一化能量波數(shù)特性函數(shù)，其定義詳見(jiàn)文獻(xiàn)［10，11］。雙體勢(shì)3模擬計(jì)算結(jié)果與分析的截止距離為20a.u（.原子單位）。運(yùn)動(dòng)的時(shí)間步長(zhǎng)為10-15s。急冷速度為3.4×1013K/s。（1）獲得各溫度下的結(jié)構(gòu)鍵型指數(shù)，如表1所模擬計(jì)算從943K（Al的熔點(diǎn)為933K）開(kāi)始，首示。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以明顯看到；與二十面體結(jié)構(gòu)先讓系統(tǒng)等溫運(yùn)行750使之處在平衡態(tài)。然后再讓密切相關(guān)的1551鍵型，在943K時(shí)為16.95%。隨系統(tǒng)經(jīng)3.4×1013K/s的速度快速冷卻至所擬定的

8、著溫度的下降，1551鍵型的成鍵數(shù)在顯著地增加，溫度：883，833，780，730，675，625，550