非晶态金属的势能曲面

来源 :哈尔滨师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chen95127
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我们运用分子动力学模拟方法,采用镶嵌原子势,研究了多种金属体系的势能曲面特点与玻璃形成能力的关系:  1、研究了金属Cu和Ni3Al在发生玻璃转变过程中的势能曲面。计算了两种金属的内在结构(inherent structure,简称IS),发现它们的内在势能在整个降温区间分为三个阶段:高温时,内在势能在一个较高的能量值附近波动;当系统的温度降低到熔点温度(Tm)时,内在势能大幅度减小;当体系温度降到玻璃转变温度(Tg)时,内在势能变得平稳。本文将Cu、Ni3Al和Lennard-Jones Binary Mixtures(BMLJ)液体的内在势能进行了比较,发现金属势能曲面与BMLJ液体的势能曲面存在明显的差异,与BMLJ液体相比,Cu和Ni3Al在高低温的内在势能差值很小,尤其是Cu的内在能量几乎不随温度变化,其差值的大小反映了液体的动力学性质的强弱。文章统计了Cu和Ni3Al在不同温度下内在能量的概率分布和内在结构的海森矩阵特征值的概率分布,发现Ni3Al的势能曲面比Cu的势能曲面更粗糙,更易形成非晶。我们提出了一个由势能曲面计算流变激活能的新方法,并计算了Cu和Ni3Al的流变激活能,发现它们的激活能都随着温度的降低而升高,但是Ni3Al的激活能随温度降低升高得更快,在玻璃转变点附近,Ni3Al的激活能比Cu原子的激活能要高,这与Ni3Al比Cu有更好的玻璃形成能力有着密切的联系。  2、研究了金属Au和AuAu'(Au为正常尺寸的金原子,Au'为半径尺寸变大10%的金原子,两者的原子比例为3:1)在发生玻璃转变过程中的势能曲面,探讨了原子尺寸差效应对势能曲面的影响。我们发现增加原子尺寸差会导致Au的势能曲面发生显著的变化:首先,它使高—低温的内在势能差变大;其次,导致每个温度下内在能量分布变宽,势能曲面变得粗糙;第三,使得体系的海森矩阵特征值分布曲线的峰值变矮,势能曲面上的结构重排方向更少,重排几率更小;第四,导致过冷液态区的流变激活能随温度降低增加更快。以上原子尺寸差效应导致的势能曲面的所有的变化,都有利于提高非晶的形成能力。
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