Simulering av LokalMicrostructuren av Amorphous Legerar CoxB100-x

Lokalmicrostructuren av amorphous materiellt har varit betvinga av talrika studier [1-8]. Av storen intressera är por och samla i en klunga bildat av flera por som är ansvariga för ovanlig rekvisita som inte observeras i en kristall. Några forskare antog att existensen av stora por i amorphous heltäckande var osannolik. Emellertid indikerade den senaste simuleringen att dessa por är ganska stabila. Experimentella studier vid positronannihilation som är liten metar Röntgar spridning, och elektronmicroscopy har redan visat att de avkända microvoidsna är liknande till vakans i en kristall. I flera verkliga amorphous legerar den fanns försöksvis dessa ”quasivacancies” som in kombineras, samla i en klunga.

Chan och Elliott [9] beräknade storleksanpassa av porfördelning i ett amorphous modellerar av silicaen som konstruerades av den Monte - carlo metoden. De grundar att det fanns 3.1x10²¹ pores/cm³ med radier av 1,28 atom- Å (Honom radien). Den Liknande beräkningen av storleksanpassar fördelning av por för amorphous metalliskt modellerar också avkända stora por (de atom- radierna för radier nästan) med viktiga koncentrationer [4, 6 och 7]. För system Co-p och Co-b grundar andra [4] att numrera av stora por som omger en phosphorous atom är mycket större än en omgeende boronatom. I tillägg är numrera av stora por som omger en koboltatom i systemet Co-P, större än en som omger en koboltatom för systemet Co-b. Inledning av enkla geometriska mäter som kvantifierar mikroskopiskt strukturellt beställer håll lovar för att klargöra förhållande mellan strukturell oordning och läkarundersökningegenskapen. För en tid sedan var det den Voronoi polyhedronen, koordination numrerar, förbindelsen metar fördelning Etc., som är användbar för att identifiera de strukturella inhomogenitiesna av amorphous material. Emellertid numrerar porkännetecknen som anmälas i föregående arbeten liksom radiefördelning och, av por som omger centralatomen, kan inte fullständigt beskriva problemen av por ännu. Dessutom rakt litet modellerar (flera tusen atoms) den fanns att endast från några stora por det är svårt till bedömningen diffusionsrollen av dessa vakans-något liknande por. I detta arbete som vi har gjort en simulering av microstructuren av stort amorphous, modellerar CoBen_x1-x för att ge efter:

i.           Storleksanpassafördelningen av samla i en klunga bildat av por som kan avkännas endast i stort modellerar och inte har utforskats för amorphous metalliskt system.

ii.          Flera strukturella kännetecken för ny lokal, som ger extra inblick i amorphous, strukturerar av systemet Co-b.

iii. Avkräva koncentration av vakans-något liknande por.

Beräkningarna bars ut för tre modellerar CoBen₉₀₁₀, CoB, _81.518.5 och CoBen som₇₀₃₀ innehåller 200.000 atoms i en kubiksimuleringscell med den periodiska gränsen, villkorar. Initialt påstår av modellerar var slumpmässiga atoms för en ordning allra i simuleringscellen. Tätheten av dessa modellerar valdes att vara den verkliga tätheten av amorphous legerar. Därefter kopplades av system, till du nedde den statliga nya equilibriumen. Finalen påstår var fulländad vid 20.000 kliver av statistikavkoppling. I [5] det amorphous legerar CoBen ger sig av den potentiella Paken-Doyama, och konstruerad modellerar affärsvinst som bra överenskommelse med experimenten för den partiska para-fördelningen fungerar (PDF). Detta potentiellt har efter bilda:

j (r) = a (r-b)⁴ + c (r-d)² + e (1)

Var r och j (r) är i Å och eV respektive. Potentiellt (1) klipptes av i en distansera R, som listas in, Bordlägger 1.

Bordlägga 1. Parametrarna av interatomic potentiellt för systemet Co-b.

Efter kört varje, PDFEN och de strukturella kännetecknen för lokal beräknades. Att bestämma porna togs alla uppsättningar av fyra grannatoms i modellera. Två atoms var ansedda som grann, om deras distansera var mindre än 5,5 Å. Därefter sattes en sphere in i kontakt med dessa sfäriska atoms. Radierna av kobolt- och boronatoms som är fastställda till 1,25 och 0,81 Å respektive. Den insatta por kan överlappas med en atom- sphere eller med andra por. För det första fallet togs den insatta por bort från systemet. I understödjafallet som bortta av mindre por ska, utförs, om distansera r mellan dessa överlappade por och deras radier r₁ och r₂ (r<r₁₂) tillfredsställer villkorar efter:

1 + r₂ + r < 2r₂ + 0.1r₁ (2)

Den tillåtna villkora (2) behålla den största por och ta bort från uppsättningen av överlappade por, lilla lokaliserade nästan insida en stor por. Baserat på uppsättningen av erhållande por, kliver de nästa är beräkningen av efter parametrarna:

i.           Porna för radiefördelning allra modellerar in f1 (r).

ii.          Storleksanpassafördelningen av tre objekt:

- för en isolerad por, som inte skar med några andra por f2 (D).

- för två överlappade porf3 (D).

- för en samla i en klunga av mer än två överlappade por f4 (D).

Figurera 1 ger forma av dessa tre objekt och visar hur till bedömningen deras diameter. De kallas som strukturellt hoppar av av A-, B- och C-typer respektive. Hoppa av C innehåller en por på centrera och andra mindre por som omger den. Diametern av hoppar av C beräknas, genom att i genomsnitt uppgå till por för diametrar allra i en hoppa av C.

iii.        Numrerafördelningen av por som omger en centralatom f5 (N) och numrerafördelningen av atoms f6 (Z) som är i kontakt med en centralpor.

iv.       Den vinkelformiga fördelningen f7 (q), var q är meta i en tetrahedron som skapas av fyra atoms i kontakt med en centralpor (ser för att Figurera 1).

Ett extra kännetecken, som klargör den atom- ordningen för lokalen, är fri volym runt om en centralatom som visat in Figurerar 1. För att beräkna denna parameter 10.000 pekar är insatt på måfå insida per spheren som lika lokaliseras på centrera av en centralatom med radie_f R till 3,4 Å. Denna radie motsvarar till den första minimien av PDF för para Co-Co. Den fria volymen runt om en centralatom var beslutsam som

V = 4p (R_f)³ n/(3*10,000) (3)

Numrera av insatt pekar Var n är, som lokaliseras utanför atom- spheres i modellera. För bekvämlighet beräknas non-enheten parametern₀ V = 3V/4p (_fR³ ) =n/10,000 i stället för V.

PDFEN av konstruerad modellerar CoBen_81.518.5 visas in Figurerar 2. För annat modellerar deras PDF har ett liknande att bilda. Allmänt modellerar all PDFs av erhållande är nästan data som in anmälas [7] för mindre modellerar. Figurera 3 skärmar den beräknade sammanlagda röntgenstrålePDFEN och jämför den till experimentella data [10]. Vi kan se att simuleringen reproducerar experimentella data rimligen väl.

Porradiefördelningen för systemCoB_81.518.5 visas in Figurerar 4. Det finns två nå en höjdpunkt. Det första maximalt lokaliseras på 0.32Å och understödja en på 0.52Å. Numrera av por med radien som är större än 0.9Å, är 0,00474 por per atomen. Den största por har radiejämlike till 1.38Å. Som visat i [1] dessa stora por kan utbyta deras placerar med neighbouring atoms, och därför kan de leka en roll av vakans i den processaa diffusionen. Dessa por kallas som vakans-något liknande por. Bordlägga 2 listar numrera av stora hål med större radier, än 0,9 Å och radier av störst por grundar i tre modellerar. Som listat in Bordlägga 2 som systemCoBen₇₀₃₀ har 0,01468 vakans-något liknande por per atomen, och radier av den största por grundar i dem är jämbördiga till 1,66 Å. Motsvara värderar för modellerar CoBen₉₀₁₀ är 0,00288 och 1,30 Å respektive. Dessa data indikerade, att tillägget av liten atom B förstör det grundläggande amorphous strukturerar och skapar nytt hoppar av i dem.

Figurera 4. Porradiefördelningen av amorphous modellerar CoBen_81.518.5

Bordlägga 2. Numrera av stora hål per atomen, och radier av den största por i amorphous legerar.

Figurera 5 gåvor som storleksanpassafördelningen av strukturellt hoppar av av A, B- och C-typer. Dela itu under-nå en höjdpunkt observeras inte här, som visat in Figurera 4. Därför förbinds understödja som är maximal i radiefördelning f1 (D) till mer invecklad typer B eller C av hoppar av. Fördelningorna f2 (D), f3 (D) och f4 (D) för amorphous modellerar CoBen, ₉₀₁₀ och CoBen₇₀₃₀ är liknande till CoBen_81.518.5 modellerar. Nå en höjdpunkt för fördelningor av hoppar av A, B, och C lokaliseras på 0,62, 1,28 och 1,90 Å respektive. Den Små skillnaden i höjder av nå en höjdpunkt erhölls. Dess värderar för hoppar av A av CoBen₇₀₃₀, CoB, _81.518.5 och CoBen₉₀₁₀ modellerar är jämbördig till 0,2488, 0,2967 och 0,3229 respektive. Allmänt modellerar fördelningen f2 (D) för med rikare boron är mer bred spridning. Bordlägga 3 listar del hoppar av allra bildat av por. Det är klart att vid ökande boronkoncentrationen i systemblytak till minskning av del av hoppar av A, men förhöjningar del av hoppar av B och C. Del av A hoppar av ökande minskade från 0,7206 till 0,6743 stunder boronkoncentrationen. Del av C hoppar av innehålla mer två por ökande upp från 0,1172 till 0,1484 för modelleraCoBen och modellerar CoBen₇₀₃₀ I omvänt₉₀₁₀. Dessa data visade också den ökande strukturella oordningen med borontillägget i system.

Figurera 5. Storleksanpassafördelningen av strukturellt hoppar av av typer A, B, och C i amorphous modellerar CoBen_81.518.5

Bordlägga 3. Del av strukturellt hoppar av i amorphous legerar

Viktig information av den atom- ordningen för lokalen ges by metar fördelning f7 (q) som Detta metar fördelning för systemCoB_81.518.5 visas in Figurerar 6. Det maximalt av metar fördelning lokaliseras nära 60⁰ som är ansvariga för den högra tetrahedronen. I modellera av CoBen som₇₀₃₀ maximat av buktar f7 (q) lokaliseras på 55, ⁰ och det är spridd mer bred än för systemCoB_81.518.5. Modellera av CoB har skarpare att nå en höjdpunkt₉₀₁₀ av f7 (q) I omvänt. Det hjälpmedel som tetrahedronen av fyra gränsa till atoms och att innehålla en porinsida (Figurera 1) har starkt förvridit, om det är en stor porinsida.

Numrera av por som omger en centralatom och, numrerar av atoms i kontakt med por är utdelad i ett brett mellanrum som respektive spänner från 1 till 25 och 4 till 18. Som visat in Figurerar 8, och 9 som dessa fördelningor skiftar till rätten för koboltatoms i jämförelse med boronatoms. I genomsnitt uppgå till numrerar av por som omger en centralatom, är 9 och 15 för B- och Co-atoms respektive. I jämförelse med por i kristallen som detta värderar, är ganska större. Därför legerar aktiveringsmekanismen av diffusion längs springor i amorphous kan ha specifik rekvisita i jämförelse med kristallen. I genomsnitt uppgå till numrerar av atoms i kontakt med por har att värdera av 13 och 9 för Co och B respektive. Analogi till fallet av numrerar fördelning av por, numrerafördelningen av atoms skiftar också till rätten för kobolt i jämförelse med boronatoms. Några kännetecken av fördelningor f5 (N) och f6 (Z) listas in Bordlägger 4.

Bordlägga 4. Kännetecken för fördelningor av numrerar av por och atoms i kontakt med en por.

Figurera 9 visade fördelningen av fri volym som omger en atom. De skiftar i rätten för boronatomen. Det kan ses från Figurerar 8 som del av omgeende boron för fri volym är ganska större än det av koboltatoms. Det finns omkring 8% boronatoms med del av fri volym som omger dem equalto 0,7. Självfallet förlägger dessa ses till utvidgad ` placerar'. För koboltatom som detta del, till en koncentration motsvarar mindre än 1%. However det finns omkring 6% koboltatoms, och inte mer än 1% boronatoms har en del av fri volym mindre än 0,5. Hence förbinds det till komprimerad ` placerar'.

Strukturera av den amorphous CoBen_x100-x modellerar med parar Pak-Doyama som spänningar är nästan de experimentella datan. Det finns viktiga belopp av stora vakans-något liknande por i dessa amorphous legerar. Numrera av sådan por ändras starkt med boronkoncentration. Analysera fördelningen av olika sorter av samla i en klunga bildat av por, det finnas att alla vakans-något liknande por är involverade till samla i en klunga av mer än två por. Den Ungefärligt beräknade diametern av dem är ganska större än diametern av koboltatomen. Därför hoppar av detta strukturellt kan leka en viktig roll för diffusion i amorphous legerar. Beräkningen av metar, numrerar por, numrerar atomen, och fördelningor för fri volym avslöjer att ökande boronkoncentrationen i systemoordningar som strukturera av amorphous legerar. Det har visats att nära koboltatomen det finns mer atoms och por än runt om en boronatom. Del av fri volym som omger en boronatom, är större än en som omger en koboltatom I omvänt. Dessutom indikerade den erhållande fördelningen av fri volym också att den utvidgade existensen av `' och komprimerad ` placerar' i amorphous strukturerar.

Professorn D.K. Belashchenko gratefullyacknowledgeds för användbara diskussioner och kommenterar på manuskript.

1.       D.K. Belashchenko, ”Diffusionsmekanism i oordnade system: datorsimulering”, Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 42 (4) (1999) 297-319.

2.       Daniel J. Sakna, ”Första-Beställer amorphous-amorphous omformning i silica”, Phys. Rev. Lett., 84 (2000) 4629-4532.

3.       M. beställer Scott Shell, G. Pablo, Debenedetti och Athanassios Z. Panagiotopoulos, ”Molekylärt strukturellt och anomalier i vätskesilica”, Phys. Rev.E 66 (2002) 011202-1 - 011202-8.

4.       P. legerar K. Hung, P.N. Nguyen och D.K. Belashchenko, ”Datorsimulering av amorphous Snuten_100-xx och CoBen_81.518.5”, Izv. Akad. Nauk. SSSR Metally, 2 (1998), 118-121.

5.       D. strukturerar K. Belashchenko, V.V. Hoang, P.K. Hung, ”Datorsimulering av lokalen, och den magnetiska rekvisitan av amorphous Co-b legerar”, J. Non-cryst. Heltäckande 276 (2000) 169-180.

6.       V. legerar V. Hoang, Skåpbil för T.B. och P.K. Hung, ”Simulering av strukturella och magnetiska inhomogeneities av den amorphous Nien-P”, J. Metast. och Nanocryst. Mater., e-vol 9 (2001) 5-20.

7.       V. verkställer V. Hoang, N.H. Hung, N.H.T. Anh, ”Datorsimulering av av B, P-koncentration på porfördelningen i den amorphous Coen-b, Co-p legerar”, J. Metast. och Nanocryst. Mater., e-vol. 18 (2003) 43-48.

8.       V.V. Hoang, D.K. Belashchenko, V.T.M. Thuan, ”Datorsimulering av den strukturella och thermodynamic rekvisitan av vätske och amorphous SiO₂”, Phys. B 348 (2004) 249-255.

9.       S.L. Chan., S.R. Elliott, ”Teoretisk studie av springastatistiken av syresublatticen i vitreous SiO₂”, Phys. Rev. B, 43 (1991) 4423-4432.

10.   P. Lamparter, E. Nold E., H. Rainer. ” Röntga, och studier för neutrondiffraction på amorphous övergångsbelägga med metall-boron legerar (Fe-b, Co-b, Ni-b), Z. Naturforsch, 1981, V.A36,2, 165-171.