非晶態(tài)金屬al中微團簇多面體結(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報Vol.19，’.1())(年1月*+,-./.0123-45164718,*4-9815.*2543:+;/,*/0<=.，())(文章編號：1)))>)?@（A())(）)1>))B9>)@非晶態(tài)金屬4l中微團簇多面體結(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.湖南大學應(yīng)用物理系；(.化學化工學院；?.電氣工程學院，長沙A1))C(；A.長沙交通學院基礎(chǔ)科學部，長沙A1))D@）摘要：對B))))個金屬4l原子從液態(tài)急冷形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的過程進行了分子動力

2、學模擬研究。采用原子鍵型和原子團簇類型指數(shù)法，發(fā)現(xiàn)在其微觀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變過程中，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。通過各種鍵型原子團簇的計算，獲得團簇多面體結(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)于團簇多面體結(jié)構(gòu)的特征及其演變的圖景。建立了一種簡單而有效的團簇多面體結(jié)構(gòu)研究方法。同時也對模擬計算結(jié)果的微觀機理給出了相應(yīng)的討論，這對于深入理解非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的形成機制及其微觀過程，將有重要的啟示作用。關(guān)鍵詞：非晶態(tài)金屬；分子動力學；團簇多面體；計算機模擬與可視中圖分類號：1B((.(文獻標識碼：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，對于由B))))個金屬4l原近年來，對于原子團簇結(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)，進行急冷凝固過程的分展成為介于微觀的原子、分子與宏觀的凝聚態(tài)（液體子動力學模擬跟蹤研究。采用+o=JEMNII>4=FJKHJ=或固體）兩個層次之間的一個重要的學科領(lǐng)域，因為［C］（+4）鍵型指數(shù)法和OP>Q<=R的原子團簇類型指對它的深入研究將大大有助于揭示從單個原子、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)計和改性排布的幾何特點，而且還可以

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

5、的方式卻與實際情況有很大差異，因此，采用8o=IJ*)@>(@基金項目：國家自然科學基金資助項目（

6、批準號：B9CD1)1@）作者簡介：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（博士生導師、教授）。60原子與分子物理學報2002年界條件運行，其原子間相互作用勢采用由用Honeycutt-Andersen（HA）鍵型指數(shù)法來進行結(jié)構(gòu)［10，11］等人所發(fā)展的擴展非局域模型膺勢理論分析，測定各有關(guān)原子團簇成鍵的類型及其指數(shù)，并Wang中的雙體有效勢函數(shù)在VB可視數(shù)據(jù)庫的幫助下清晰地再現(xiàn)了各種多面∞體團簇結(jié)構(gòu)，并結(jié)合其分布數(shù)據(jù)，進行各種分析比22V（r）=（Zeff/r）[1-(π∫)dqF（q）si（nrq

7、）/q]（1）較，進一步探討其變化規(guī)律。o式中Zeff和F（q）分別表示有效離子價和歸一化能量波數(shù)特性函數(shù)，其定義詳見文獻［10，11］。雙體勢3模擬計算結(jié)果與分析的截止距離為20a.u（.原子單位）。運動的時間步長為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所模擬計算從943K（Al的熔點為933K）開始，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