Mô phỏng hệ số trước hàm mũ, Do trong kim loại Fe vô định hình

Sự phụ thuộc vào mật độ khối lượng của hệ số trước hàm mũ (thừa số khuếch tán), D0 trong kim loại Fe vô định hình (VĐH) đã được nghiên cứu bằng phương pháp thống kê hồi phục (TKHP). Kết quả mô phỏng cho thấy, một lượng đáng kể vacancy-simplex (VS) trong kim loại Fe VĐH, chúng có vai trò khuếch tán giống như nút khuyết “vacancy” trong tinh thể và thay đổi mạnh theo mật độ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô phỏng hệ số trước hàm mũ, Do trong kim loại Fe vô định hìnhĐặng Thị Uyên và đtgTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ83(07): 43 - 47MÔ PHỎNG HỆ SỐ TRƯỚC HÀM MŨ, D0TRONG KIM LOẠI Fe VÔ ĐỊNH HÌNHĐặng Thị Uyên*, Đỗ Thị Vân, Vì Huyền Trang, Phạm Hữu KiênTrường ĐH Sư phạm - ĐH Thái NguyênTÓM TẮTSự phụ thuộc vào mật độ khối lượng của hệ số trước hàm mũ (thừa số khuếch tán), D 0 trong kimloại Fe vô định hình (VĐH) đã được nghiên cứu bằng phương pháp thống kê hồi phục (TKHP).Kết quả mô phỏng cho thấy, một lượng đáng kể vacancy-simplex (VS) trong kim loại Fe VĐH,chúng có vai trò khuếch tán giống như nút khuyết “vacancy” trong tinh thể và thay đổi mạnh theomật độ. Cơ chế khuếch tán trong kim loại VĐH được mô tả như sau, nguyên tử khuếch tán nhảyvào VS, VS hiện tại biến mất dẫn đến sự dịch chuyển tập thể của một số nguyên tử lân cận VS. Hệsố trước hàm mũ, D0 của nguyên tử khuếch tán được tính theo cơ chế VS cho kết quả phù hợp tốtvới số liệu thực nghiệm.Từ khóa: Thống kê hồi phục; Vô định hình; Simplex; Vacancy; Hệ số trước hàm mũ, D 0GIỚI THIỆU*Những nghiên cứu về các kim loại vô định hình(VĐH) có ý nghĩa rất lớn trong các lĩnh vực khoahọc vật liệu và khoa học ứng dụng,vì các kimloại VĐH có những tính chất hoá lý đặc biệt vàưu việt hơn so với vật liệu tinh thể truyền thống:độ bền, độ cứng và tính ổn định cao khi có lựcuốn tác dụng tuần hoàn; điện trở lớn, hệ số nhiệtđiện trở thấp; độ dẫn từ cao, lực kháng từ nhỏ;khả năng chịu ăn mòn cao [1-6]. Kim loại FeVĐH thường được khảo sát trong thực nghiệmcũng như trong lĩnh vực mô phỏng [6-10], đặcbiệt là những nghiên cứu về cơ chế tự khuếchtán, rất nhiều tính chất hoá lý được giải thíchthông qua cơ chế này. Gần đây, những kết quảnghiên cứu về các kim loại VĐH không nhữngcung cấp những hiểu biết về các tính chất hoáhọc, tính chất vật lý mà còn có những công trìnhkhảo sát cho kết quả xác thực đối với hệ sốkhuếch tán [1,2,9,10]. Võ Văn Hoàng và cáccộng sự đã nghiên cứu sự phụ thuộc hệ sốkhuếch tán vào nhiệt độ bằng cách sử dụngphương pháp mô phỏng động lực học phân tử(ĐLHPT) theo cơ chế lỗ hổng. Kết quả thu đượclà tương đối phù hợp với các dự đoán trong cáccông trình trước đây [2]. Phạm Khắc Hùng vàcác cộng sự đã sử dụng phương pháp TKHP đểnghiên cứu cơ chế khuếch tán trong hợp kimFe80B20 VĐH theo cơ chế khuếch tán thông quacác bong bóng-vacancy [7]. Kết quả nhóm tácgiả này thu được phù hợp tốt với các số liệu thựcnghiệm. Tuy nhiên, như chúng tôi được biếtnhững nghiên cứu về sự phụ thuộc của thừa số*Tel: 01689969574; Email: phuonguyenhn89@gmail.comkhuếch tán D0 vào mật độ khối lượng của hệ kimloại VĐH hầu như rất ít. Trong công trình nàychúng tôi nghiên cứu cơ chế khuếch tán thông quavacancy-simplex trong kim loại Fe VĐH. Sự phụthuộc của hệ số trước hàm mũ, D0 vào mật độ cũngsẽ được thảo luận ở đây.PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁNTrong công trình này, chúng tôi đã sử dụngphương pháp TKHP [1,2,7]. Tính toán được đưara đối với 3 mô hình A, B và C chứa 2×105nguyên tử trong hình lập phương (bảng 1).Ở đây,chúng tôi đã sử dụng thế tương tác cặp PakaDoyama , có dạng:a  r  b 4  c  r  d 2  e r  rcutoff r   r  rcutoff0(1)trong đó r là khoảng cách tương tác nguyên tử,rcutoff là bán kính ngắt, các tham số a, b, c, d và eđược xác định theo các số liệu thực nghiệm vềmodule đàn hồi (bảng 2). Cấu hình ban đầu củacác mô hình nhận được bằng cách gieo ngẫunhiên tất cả các nguyên tử trong không gian môphỏng. Mật độ của mô hình được chọn là mật độthực của kim loại VĐH (bảng 2). Các cấu hìnhtrên được chúng tôi “lắc mạnh” để phá vỡ trạngthái ban đầu và hồi phục trên 106 bước mô phỏngđể tạo ra các trạng thái cân bằng của hệ, bước môphỏng được chọn bằng 0.01 Å. Tiếp theo, chúngtôi giảm năng lượng của các hệ đến trạng thái hồiphục tốt hơn bằng cách lắc các mô hình 50 bướcmô phỏng 0.4 Å. Sau đó, chúng tôi tiếp tục hồiphục hệ với bước mô phỏng 0.01 Å để tạo ra cácSố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên43http://www.lrc-tnu.edu.vnĐặng Thị Uyên và đtgTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆtrạng thái cân bằng cho hệ. Quá trình này đượclặp lại nhiều lần để thu được năng lượng ổn địnhtốt nhất. Hệ cân bằng nhận được sẽ được sử dụng83(07): 43 - 47để nghiên cứu một số tính chất trên các mô hìnhxây dựng.Bảng 1. Thông số đặc trưng cho các mô hình xây dựng; ε là năng lượng của hệ [3-5]Các mô hìnhMật độ (g/cm3) /trên nguyên tử (eV)A7.792-1.4023B7.831-1.4029C7.872-1.4011Bảng 2. Hệ số thế tương tác cặp của các mô hình xây dựng [2,7]CặpFe-Fea (eV/ Å4)- 0.18892b (Å)- 1.82709c (eV/ Å2)1.70192d (Å)- 0.50849e (eV)- 0.19829rcutoff (Å)3.44acbHình 1. Mô tả một số simplex trong các mô hình xây dựng: a) simplex - 4 nguyên tử;b) simplex - 6 nguyên tử; c) simplex - 5 nguyên tử và các nguyên tử lân cận.Mũi tên chỉ hướng nhảy của nguyên tử vào simplex.Hình 1 mô tả một số simplex trong các mô hìnhxây dựng. Như có thể thấy, trong sim ...