Имитация Местной Микроструктуры Аморфических Сплавов CoxB100-x

Местная микроструктура аморфического материала предмет многочисленних изучений [1-8]. большого интереса поры и группы сформированные несколькими пор которые ответствены для необыкновенных свойств не наблюдаемых в кристалле. Некоторые исследователя предположили существование больших пор в аморфическом твердом теле было маловероятно. Однако, самая последняя имитация показала что эти поры справедливо стабилизированы. Экспириментально изучения аннулируемостью поситрона, малоугольным разбрасывать Рентгеновского Снимка и электронной микроскопией уже показывали что обнаруженные microvoids подобны к вакансиям в кристалле. В нескольких реальных аморфических сплавов было счесно экспириментально этим «quasivacancies» совмещенным в группах.

Chan и Elliott [9] высчитали размер распределения поры в аморфической модели кремнезема построенной методом Монте-Карло. Они нашли что были 3.1x10²¹ pores/cm³ с радиусами 1,28 Å (атомных Он радиус). Подобное вычисление распределения по размеру пор для аморфических металлических моделей также обнаружило большие поры (радиусы близко к атомным радиусам) с значительно концентрацией [4, 6, и 7]. Для систем Поймайте и Удар другие [4] нашел что число больших пор окружая фосфористый атом гораздо большле чем один окружающий атом бора. В добавлении, число больших пор окружая атом кобальта в Полисмене системы большле чем одно окружая атом кобальта для Удара системы. Введение простых геометрических измерений которые квантифицируют микроскопический структурный посыл владениями заказа для уточняя отношения между структурным разладом и физическим свойством. Недавно, было полиэдроном Voronoi, координационным числом, распределением Etc. скрепленного угла, который полезн для определять структурные inhomogenities аморфических материалов. Однако, характеристики пор сообщенные в предыдущих работах как распределение радиусов и номер атома пор окружающего центрального не могут полно описать проблемы пор пока. Furthermore, должные малые модели (нескольк тысяча атомов) было найдено что только от немного больших пор трудно оценить роль диффузии этих ваканси-как поры. В этой работе мы делали имитацию микроструктуры большого аморфического Удара моделей_x1-x для того чтобы обеспечить следующее:

i.           Распределение по размеру группы сформированное порами которые можно обнаружить только в больших моделях и не были расследованы для аморфической металлической системы.

ii.          Несколько новых местных структурных характеристик которые дают дополнительную проницательность в аморфической структуре Удара системы.

iii. Точная концентрация ваканси-как пор.

Вычисления были унесены для Удара 3 моделей₉₀₁₀, Удара_81.518.5 и Удара₇₀₃₀ содержа 200.000 атомов в кубической клетке имитации с условиями границы периодическими. Начальные состояния моделей было случайным расположением всех атомов в клетке имитации. Плотность этих моделей была выбрана для того чтобы быть реальной плотностью аморфических сплавов. После Этого системы не будут relaxed до достижения нового состояния равновесия. Конечные состояния были выполнены 20.000 шагами релаксации статистики. В [5] аморфическом Ударе сплавов дает потенциалом Pak-Doyama и построенные модели приобретают хорошее соответствие с экспериментами для частично функции пар-распределения (PDF). Этот потенциал имеет следующую форму:

j (r) = a (r-b)⁴ + c (r-d)² + e (1)

Где r и j (r) в Å и eV соответственно. Потенциал (1) был отрезан в расстоянии R которое перечислено в Таблице 1.

Таблица 1. Параметры interatomic потенциала для Удара системы.

После Того Как побежали каждое, котор, PDF и местные структурные характеристики были высчитаны. Для того чтобы определить поры были приняты все комплекты 4 ближних атомов в модели. 2 атома были рассмотрены как соседи если их расстояние было чем 5,5 Å. После Этого сфера была введена в контакте с этими сферически атомами. Радиусы атомов кобальта и бора установили до 1,25 и 0,81 Å соответственно. Введенная пора может перекрыться с атомной сферой или с другими порами. В первый случай введенная пора извлеклась от системы. В втором случае будет выполнен извлекать более малой поры если расстояние r между этими, котор перекрыли поры и их радиусы r₁ и r₂ (r<r₁₂) удовлетворяет после условия:, то

1 + r₂ + r < 2r₂ + 0.1r₁ (2)

Условие (2) позволенное сохранить самую большую пору и извлечь от комплекта, котор перекрыли пор, малых одних почти расположенных внутри большой поры. Основано на комплекте полученных пор, следующий шаг вычисление следующих параметров:

i.           Распределение радиуса всех пор в моделях f1 (r).

ii.          Распределение по размеру 3 деталей:

- для изолированной поры, которая не пересекла с любыми другими порами f2 (d).

- для 2 перекрыл f3 пор (d).

- для группы больше чем 2, котор перекрыли пор f4 (d).

На Диаграмму 1 дает форму этих 3 деталей и показывает как оценить их диаметр. Они вызваны как структурный дефект типов A, B и C соответственно. Дефект C содержит пору на центре и другие более малые поры окружая его. Диаметр дефекта C высчитан путем усреднять диаметры всех пор в C. дефекта.

iii.        Распределение номера пор окружая центральный атом f5 (N) и распределение номера атомов f6 (Z) которые в контакте с центральной порой.

iv.       Угловое распределение f7 (q), где q угол в тетратоэдре который создан 4 атомами в контакте с порой централи (см. Диаграмму 1).

Дополнительная характеристика которая уточняет местное расположение атомов свободный объем вокруг центрального атома как показано в Диаграмме 1. Высчитать этот параметр 10.000 пунктов введены случайно внутри сферы расположенной на центре центрального атома с радиусом R_f равным до 3,4 Å. Этот радиус соответствует к первому минимуму PDF для пар Co-Co. Свободный объем вокруг центрального атома был определен как

V = 4p (R_f)³ n/(3*10,000) (3)

Где n количество введенных пунктов которые расположены вне атомных сфер в модели. Для удобства, параметр V non-блока₀ = 3V/4p (R_f)³ =n/10,000 высчитан вместо V.

PDF построенного модельного Удара_81.518.5 продемонстрировано в Диаграмме 2. Для других моделей их PDF имеет подобную форму. Вообще, все PDFs полученных моделей близко к данным сообщенным внутри [7] для более малых моделей. Диаграмма 3 показывает высчитанное полное PDF рентгеновского снимка и сравнивает ее к экспериментальным данным [10]. Мы можем увидеть что имитация воспроизводит экспериментальные данные разумно хорошие.

Распределение радиуса поры для Удара системы_81.518.5 показано в Диаграмме 4. 2 пика. Первый пик расположен на 0.32Å и втором одном на 0.52Å. Число пор с радиусом более большим чем 0.9Å 0,00474 поры в атом. Самая большая пора имеет радиус равный к 1.38Å. Как показано в [1] этих больших порах смогите обменять их положение с соседскими атомами и поэтому они могут сыграть роль вакансий в процессе диффузии. Эти поры вызваны как ваканси-как поры. Таблица 2 перечисляет число больших полостей с радиусами более большими чем 0,9 Å и радиуса самых больших пор нашли в 3 моделях. Как перечислено в Таблицей 2 Удар системы₇₀₃₀ имеет 0,01468 ваканси-как поры в атом и радиусы самой большой поры нашли в их равны до 1,66 Å. Соответствуя значения для модельного Удара₉₀₁₀ 0,00288 и 1,30 Å соответственно. Эти на данные показано что добавление малого атома B разрушает основную аморфическую структуру и создает новые дефекты в их.

Диаграмма 4. Распределение радиуса поры аморфического модельного Удара_81.518.5

Таблица 2. Числа больших полостей в атом и радиусы самой большой поры в аморфических сплавах.

На Диаграмму 5 представлено распределение по размеру структурных дефектов типов A, B и C. Разделять в 2 sub-пиках не наблюдается здесь как показано в Диаграмме 4. Поэтому второй пик в распределении f1 радиуса (d) отнесен к более осложненным типам B или C дефектов. Распределения f2 (d), f3 (d) и f4 (d) для аморфического Удара моделей₉₀₁₀ и Удара₇₀₃₀ подобны к модели_81.518.5 Удара. Пики для распределений дефектов A, B и C расположены на 0,62, 1,28 и 1,90 Å соответственно. Малая разница в высотах пиков была получена. Свои значения для дефекта A моделей₇₀₃₀ Удара, _81.518.5 Удара и₉₀₁₀ Удара равны до 0,2488, 0,2967 и 0,3229 соответственно. Вообще, распределение f2 (d) для модели с более богатым бором распространенные обширные. Таблица 3 перечисляет часть всех дефектов сформированных порами. Ясно что путем увеличивать концентрацию бора в системах водит к уменьшать часть дефекта A, но увеличивает часть дефектов B и C. Часть дефектов A уменьшила от 0,7206 к 0,6743 пока увеличивающ концентрацию бора. В обратном, часть дефектов C содержа больше 2 поры увеличила вверх от 0,1172 к 0,1484 для модельного Удара₇₀₃₀ и Удара модели₉₀₁₀. Эти на данные также показано увеличивая структурный разлад с добавлением бора в системах.

Диаграмма 5. Распределение по размеру структурных дефектов типов A, B и C в аморфическом модельном Ударе_81.518.5

Таблица 3. Часть структурных дефектов в аморфических сплавах

Важная информация местного расположения атомов обеспечена распределением f7 угла (q) Это распределение угла для Удара системы_81.518.5 показано в Диаграмме 6. Пик распределения угла расположен около 60⁰ которое ответствено для правого тетратоэдра. В модели Удара₇₀₃₀ максимум кривого f7 (q) расположен на 55⁰ и ем распространенное обширное чем для Удара системы_81.518.5. В обратном, модель Удара₉₀₁₀ имеет более острый пик f7 (q). Она значит что тетратоэдр 4 ближних атомов и содержать внутренность поры (Диаграмма 1) сильно передергивала если это большая пора внутрь.

Число пор окружая центральный атом и количество атомов в контакте с порами распределены в широком интервале колебаясь от 1 до 25 и 4 до 18 соответственно. Как показано в Диаграммах 8 и 9 эти распределения переносят к праву для атомов кобальта по сравнению с атомами бора. Усредненное число пор окружая центральный атом 9 и 15 для атомов B и Co соответственно. По сравнению с порами в кристалле это значение довольно большле. Поэтому, механизм активации диффузии вдоль межузлий в аморфических сплавах может иметь специфические свойства по сравнению с кристаллом. Усредненное число атомов в контакте с порой имеет значение 13 и 9 для Co и B соответственно. Аналогия к случаю распределения номера пор, распределение номера атомов также переносит к праву для кобальта по сравнению с атомами бора. Некоторые характеристики распределений f5 (N) и f6 (Z) перечислены в Таблице 4.

Характеристики Таблицы 4. для распределений количества пор и атомов в контакте с порой.

Диаграмма 9 показала распределение свободного объема окружая атом. Они переносят в право для атома бора. Его можно увидеть от Диаграммы 8 что часть бора свободного объема окружающего довольно большле чем частиз атомов кобальта. Атомы бора около 8% при часть свободного объема окружая их equalto 0,7. Очевидно эти места сосланы к положениям расширенным `'. Для атома кобальта эта часть соответствует к концентрации более менее чем 1%. Как Бы атомы кобальта около 6% и атомы бора не больше чем 1% имеют фракция свободный объем более менее чем 0,5. Следовательно отнесено к положениям обжатым `'.

Структура аморфических моделей_x100-x Удара с потенциалами Pak-Doyama пар близко к экспериментальным данным. Значительные количества большого ваканси-как поры в этих аморфических сплавах. Число таких пор сильно изменено с концентрацией бора. Анализирующ распределение различных видов групп сформированных порами, найдено что все ваканси-как поры включаются к группе больше чем 2 пор. Приблизительно оцененный диаметр их довольно большле чем диаметр атома кобальта. Поэтому, этот структурный дефект может сыграть значительно роль для диффузии в аморфических сплавах. Вычисление угла, номера поры, номера атома и распределений свободного объема показывает то увеличивая концентрацию бора в разладах системы структура аморфических сплавов. Было показано что около атома кобальта больше атомы и пор чем вокруг атома бора. В обратном, часть свободного объема окружая атом бора большле чем одно окружая атом кобальта. Furthermore, полученное распределение свободного объема также показало что расширенное существование `' и ` обжало положения' в аморфической структуре.

Профессор D.K. Belashchenko gratefullyacknowledged для полезных обсуждений и комментирует на рукописи.

1. D.K. Belashchenko, «механизмы Диффузии в disordered системах: имитация компьютера», Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 42 (4) (1999) 297-319.

2. Даниель J. Нуждать, «преобразование Перв-Заказа аморфическ-аморфическое в кремнеземе», Phys. Rev. Lett., 84 (2000) 4629-4532.

3. M. Раковина Скотта, G. Pablo, Debenedetti и Athanassios Z. Panagiotopoulos, «Молекулярные структурные заказ и аномалии в жидкостном кремнеземе», Phys. Rev.E 66 (2002) 011202-1 до 011202-8.

4. P. имитация K. Hung, P.N. Nguyen и D.K. Belashchenko, «Компьютера аморфических Полисмена и_100-xx Удара сплавов_81.518.5», Izv. Akad. Nauk. SSSR, Metally, 2 (1998), 118-121.

5. D.K. Belashchenko, V.V. Hoang, имитация P.K. Hung, «Компьютера местной структуры и магнитных свойств аморфического Удара сплавляет», J. Non-cryst. Твердые Тела, 276 (2000) 169-180.

6. V.V. Hoang, B. Van и P.K. Hung T., «Имитация структурных и магнитных inhomogeneities аморфического Щипка сплавляют», J. Metast. и Nanocryst. Mater., e-VOL. 9 (2001) 5-20.

7. V.V. Hoang, N.H. Hung, N.H.T. Anh, «имитация Компьютера влияний B, концентрации на распределении поры в аморфическом Ударе, Полисмена P сплавляет», J. Metast. и Nanocryst. Mater., e-VOL. 18 (2003) 43-48.

8. V.V. Hoang, D.K. Belashchenko, имитация V.T.M. Thuan, «Компьютера структурных и термодинамических свойств жидкостного и аморфического SiO₂», Phys. B, 348 (2004) 249-255.

9. S.L. Chan., S.R. Elliott, «Теоретическое изучение статистик межузлия sublattice кислорода в стекловатом SiO₂», Phys. Rev. B, 43 (1991) 4423-4432.

10. P. Lamparter, E. Nold E., H. Rainer. » Изучения огибания Рентгеновского Снимка и нейтрона на аморфических сплавах металл-бора перехода (Феврале, Удар, Ni-B), Z. Naturforsch, 1981, V.A36,2, 165-171.