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二元非平衡合金相稳定性的晶格动力学研究

孔毅  
【摘要】: 本文首先简要回顾了二元非平衡合金相稳定性的研究进展,以及多体势、第一性原理和晶格动力学等计算方法。 其次,研究了Co-Ag, Ag-Ru和Co-Au系统亚稳晶相的稳定性。对Co-Ag和Ag-Ru系统用紧束缚多体势进行了研究。通过结合能,弹性常数的正负和声子谱的虚实等三个层次的计算,获得了所研究亚稳晶相稳定性的判断。部分预测能稳定存在的亚稳晶相在离子束混合实验中得到验证。进一步的分析表明,这些亚稳晶相稳定性的根源在于价电荷的取向性空间分布所形成的共价键,降低了系统能量,使得亚稳晶相能稳定下来。对Co-Au系统采用第一性原理计算进行了类似研究,发现考虑磁性时亚稳晶相的稳定性会受到自旋相互作用的影响。第三,研究了高压下Cu-Ta和Co-Cu系统亚稳晶相的稳定性。基于EAM多体势,发现零压下出现虚频声子的不稳定的Cu3Ta,随压力增加,虚频声子分别在不同临界压力下消失,表明Cu3Ta在一定压力下能稳定存在。通过第一性原理晶格动力学对Co-Cu系统亚稳晶相的计算发现,在一定压力情况下L12 CoCu3也能稳定下来。这些结果与最近提出的互不固溶元素间高压合金化概念相一致。更进一步的计算表明L12 CoCu3在不同压力下声子频率存在振荡行为,对应着晶格稳定性的振荡,是对互不固溶元素间的高压合金化概念的补充和深化。 第四,构建了16个原子的特殊准随机结构(SQS-16)元胞,成功的模拟了fcc类型的随机替换型固溶体,并提出了新的误差分析方法来讨论SQS元胞的误差。由于没有包含具体元素的信息,这些新构建出来的的SQS-16元胞可以方便的用来模拟各种二元合金固溶体。 最后,采用第一性原理计算,这些SQS-16元胞被成功地应用到CoxCu1-x固溶体中,得到了与实验值以及其它理论计算结果符合很好的晶格常数,形成热和磁矩。特别是在Co含量为x=0.1成分点附近CoxCu1-x固溶体磁矩的急剧下降也被成功的复制出来。进一步的计算表明,CoxCu1-x固溶体中价电荷主要分布在Co-Co原子间,形成取向性电荷分布,降低系统能量,帮助固溶体稳定下来。


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