連続変位クラスター変分法による金属ガラス形成系の微視構造の研求

使用连续位移簇变分法研究金属玻璃成型系统的微观结构

基本信息

批准号：
15074201
负责人：
毛利哲夫
金额：
$ 11.01万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

金属ガラスの微視構造は結晶格子とは異なり、非周期的な原子の変位によって記述される。これをシミュレートする為に、連続変位クラスター変分法を用いてプログラムコードの開発を行い、原子間にレナードジョンズポテンシャルを仮定した二次元正方格子系を対象に計算を行った。母格子の格子点からの変位分布がほぼGaussian分布をしていること、原子サイズの差が大きくなるにつれて、分布がより散漫になることを確認した。さらに、自由エネルギーを格子定数の関数として算出し、この極小値から平衡格子定数を求め、温度依存性から熱膨張係数を導出したが、温度と共に熱膨張係数の増大を示すなど、計算結果は妥当なものであった。次に、Fe-Ni系の電子状態計算から得られた原子間ポテンシャルを代入して第一原理計算を行い、熱膨張係数に関する計算結果をDebye-Gruneisenモデルのそれと比較した。計算結果はオーダーも傾向も一致した。さらに、一次変態を記述する自由エネルギーを均一系の自由エネルギーとしてPhase Field法の計算を行った。昨年度までの研究で導出したGeneral Phase Diagramを参照にしてガラス転移温度よりも高温状態から冷却し、ある温度に保持したときのガラス核の生成の空間分布、およびその時間発展過程について考察を行った。これらの計算より、クラスター変分法、連続変位クラスター変分法、経路確率法、Phase Field法を統合した計算が、ガラス転移の熱力学・動力学に対して、self consistentな結果を提供することを確認した。

金属玻璃的微观结构与晶格不同，并用大型原子位移来描述。为了模拟这一点，使用连续位移群集变异方法开发了程序代码，并在二维平方晶格系统上进行计算，该晶格系统假设原子之间的伦纳德·约翰斯电位。已经证实，从晶格点的母格的位移分布几乎是高斯，并且随着原子大小变大，分布变得更加散射。此外，自由能是根据晶格常数的函数计算的，并根据该最小值计算平衡晶格常数，并根据温度依赖性得出了热膨胀系数，但计算结果是合理的，显示了热膨胀系数随温度的增加。接下来，将Fe-Ni系统的电子状态计算获得的原子势被取代以执行第一原理计算，并将有关热膨胀系数的计算结果与Deby-Gruneisen模型的计算结果进行了比较。计算结果与订单和趋势一致。此外，使用将主要变换描述为均匀系统的自由能的自由能计算了相位方法。使用从研究到去年得出的一般相图，我们讨论了从高于玻璃过渡温度并保持在一定温度的状态以及时间开发过程时，玻璃核形成的空间分布。这些计算证实，整合群集变化，连续位移群集变化，路径概率方法和相位场方法的计算为玻璃转变的热力学和动力学提供了自一致的结果。