基于灰色马尔科夫模型的团簇数量演变预测方法

本文以分子动力学方法模拟液态Si的凝固过程为基础,首次建立基于马尔科夫修正的灰色预测模型对不同团簇的演变过程进行分析,利用该模型对液态Si降温过程中团簇数量的变化进行预测。结果证实应用灰色马尔科夫模型在对团簇结构的演变预测是可行的,采用马尔科夫链预测方法能提高预测结果的准确性,该方法能有效描述凝固过程中团簇的形成和演变的整体变化规律,为研究材料微观结构演变提供了一种新的思路和方法。     

液态金属凝固过程原子团簇结构表征的新方法（英文）

采用分子动力学方法对液态金属钠的凝固过程进行了模拟计算,运用团簇结构表征新方法――团簇类型指数法(CTIM)对凝固过程中的团簇结构进行了识别.为了阐明CTIM在识别团簇结构上的准确性和效率,将其与广为采用的Voronoi多面体方法 (VPM)进行比较.结果表明:当采用CTIM和VPM分别对液态金属钠凝固结构中的原子团簇结构进行表征时,它们所得到的微观结构特征是一致的.非晶态结构中,原子团簇类型的分布呈现明显的区段特征,每一区段都存在一种主要团簇类型,它们分别是二十面体或其缺陷结构.晶体结构中,体系形成以BCC团簇为主体的晶态结构.同时发现,VPM不易区分不同团簇构型之间的细微差别,不同构型的原子团簇可能被归为同种结构类型;而CTIM根据近邻原子之间相对位置关系,直接准确描述原子团簇的构型.不但由CTIM分析获得的凝固体系结构特征与VPM的分析结果一致;而且CTIM抓住了体系微观结构特征的主要方面,简化了团簇结构的表征形式,这在大尺度模拟体系的结构分析中将具有较高效率.     

液态Ni原子团簇演变的计算机模拟

采用常温常压分子动力学模拟技术,模拟了液态Ni中原子团簇在快速凝固条件下的演变过程,模型采用TB作用势.采用偶分布函数、键对和多面体等结构参数来描述快速凝固条件下团簇种类和数量的变化,并将团簇结构可视化.在2 000 K下,液态Ni中团簇数量较少,由一定数量的1551、1441及1661键对所形成的缺陷二十面体构成;在快速冷却条件下,团簇的数量随温度的降低不断增加,且出现由12个1551键型所形成的完整二十面体团簇,体系最终形成了由二十面体和缺陷二十面体团簇网络所组成的非晶结构.     

液态Mg7Zn3合金快速凝固过程中微观结构演变机理的模拟研究

采用分子动力学方法对液态Mg₇Zn₃合金的快速凝固过程进行了模拟研究,并采用双体分布函数、Honeycutt-Andersen键型指数法、原子团类型指数法(CTIM)以及遗传跟踪等方法对凝固过程中团簇结构的形成、演变特性进行了分析.结果表明:在以冷速为1×10¹² K ·s^-1的凝固过程中, Zn-Zn原子之间的相互成键的概率明显增加,形成以1551,1541,1431键型为主的非晶态结构.其特征键型1551随温度变化 关键词： 液态MgZn合金 快速凝固过程 微观结构演变 分子动力学模拟     

液态Ni原子团族演变的计算机模拟

采用常温常压分子动力学模拟技术，模拟了液态Ni中原子团簇在快速凝固条件下的演变过程，模型采用TB作用势。采用偶分布函数，键对和多面体等结构参数来描述快速凝固条件下团簇种类和数量的变化，并将团6簇结构可视化。在2000K下，液态Ni中团簇数量较少，由一定数量的551、1441及1661键对所形成的缺陷二十面体构成，在快速冷却条件下，团簇的数量随温度的降低不同断增加，且出现由12个1551键型所形成的完整二十面体团簇，体系最终形成了由二十面体和缺陷二十面体团簇网络所组成的非晶结构。     

冷速对液态金属Pb凝固过程中微观团簇结构演变影响的模拟研究

采用分子动力学方法对六种不同冷却速率对液态金属Pb凝固过程中微观团簇结构演变的影响进行了模拟跟踪研究.采用双体分布函数、Honeycutt-Andersen键型指数法、原子团类型指数法(CTIM-2)、平均配位数等方法对凝固过程中微观团簇结构的演变进行了分析.结果表明：系统存在一个形成非晶态或晶态结构的临界冷速(介于5×10¹²与1×10¹²之间),大于这个临界冷速时,系统将形成以1551,1541和1431键型为主的非晶态结构;当小于这个临界冷速时,系统将先形成以1441和1661键型或以bcc基本原子团(14 6 0 8 0 0)为主的晶态结构,并稳定存在一段时间,然后又迅速转变为以1421和1422键型为主或以fcc基本原子团(12 0 0 0 12 0)和hcp基本原子团(12 0 0 0 6 6)以一定比例并存的部分晶态结构;同时发现,冷速对系统中fcc结构和hcp结构的相对比例有明显的影响,冷速越低,fcc结构所占的比例越多,越倾向于形成完美的fcc晶态结构. 关键词： 液态金属铅 凝固过程 团簇结构演变 分子动力学模拟     

SimCn(m+n≤7)团簇的密度泛函研究

使用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G*基组水平上对SimCn(m+n≤7)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构. 并对最稳定结构的平均结合能(Eb),二阶能量差分(Δ2E)和能隙(Eg)等进行了理论研究. 结果表明,随着原子个数的增加,SiC二元团簇的结构由线性转变为平面,再转变为三维立体结构,原子数小于5时,除Si5和Si4C外其他所有的团簇都是平面结构;随着C原子增加,SimCn(m+n≤7)团簇的平均单点能不断增加,说明富C簇要比富Si稳定,对Sin团簇掺杂C原子可以提高团簇的稳定性;Cn,SiCn和Si2Cn团簇表现出明显的"奇-偶"振荡和"幻数"效应,Si2C,Si3C, Si5C,SiC2,Si3C2,Si4C2和SiC4团簇比其他团簇更稳定.     

熔体初始温度对液态金属Ni凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究

采用量子 Sutton-Chen多体势, 对熔体初始温度热历史条件对液态金属Ni快速凝固过程中微观结构演变的影响进行了分子动力学模拟研究. 采用双体分布函数g(r)曲线、键型指数法、原子团类型指数法和三维可视化等分析方法对凝固过程中微观结构的演变进行了分析. 结果表明: 熔体初始温度对凝固微结构有显著影响, 但在液态和过冷态时的影响并不明显, 只有在结晶转变温度T_c附近才开始充分显现出来. 体系在1×10¹² K/s的冷速下, 最终均形成以1421和1422键型或面心立方(12 0 0 0 12 0)与六角密集(12 0 0 0 6 6) 基本原子团为主的晶态结构. 末态时, 不同初始温度体系中的主要键型和团簇的数目有很大的变化范围, 且与熔体初始温度的高低呈非线性变化关系. 然而, 体系能量随初始温度呈线性变化关系, 初始温度越高, 末态能量越低, 其晶化程度越高. 通过三维可视化分析进一步发现, 在初始温度较高的体系中, 同类团簇结构的原子出现明显的分层聚集现象, 随着初始温度的下降, 这种分层现象将被弥散开去. 可视化分析将更有助于对凝固过程中微观结构演变进行更为深入的研究. 关键词： 液态金属Ni 熔体初始温度 微观结构 分子动力学模拟     

金属铜Cu凝固过程中晶体生长与团簇微观结构演变特性的模拟研究

采用分子动力学方法和Quantum Sutton-Chen（QS-C）多体势,对液态金属铜（Cu）凝固过程中的晶体生长规律及纳米团簇微观结构转变特性进行了模拟跟踪研究．运用Honeycutt-Andersen（HA）键型指数法和新的原子团类型指数法（CTIM-2）分析了金属Cu原子的成键类型和原子团簇结构演变特性.结果发现：当以1.0×1013K/s速率凝固时,系统最终形成晶体和非晶体混合共存结构;在以4.0×1012K/s速度冷却时,系统从673K就开始结晶,并形成以1421和1422二种键型为主的晶体结构;面心立方（FCC）和六角密集（HCP）结构在形成晶体铜时起着非常重要的作用,尤其是由1421键型构成的面心立方（12 0 0 0 12 0）基本原子团在晶体生长和纳米团簇结构形成过程中占主导地位.     

金属铜Cu凝固过程中晶体生长与团簇微观结构演变特性的模拟研究

采用分子动力学方法和Quantum Sutton-Chen（QS-C）多体势,对液态金属铜（Cu）凝固过程中的晶体生长规律及纳米团簇微观结构转变特性进行了模拟跟踪研究．运用Honeycutt-Andersen（HA）键型指数法和新的原子团类型指数法（CTIM-2）分析了金属Cu原子的成键类型和原子团簇结构演变特性.结果发现：当以1.0×1013K/s速率凝固时,系统最终形成晶体和非晶体混合共存结构;在以4.0×1012K/s速度冷却时,系统从673K就开始结晶,并形成以1421和1422二种键型为主的晶体结构;面心立方（FCC）和六角密集（HCP）结构在形成晶体铜时起着非常重要的作用,尤其是由1421键型构成的面心立方（12 0 0 0 12 0）基本原子团在晶体生长和纳米团簇结构形成过程中占主导地位.     

Energy and structure of copper clusters （n=70-150） studied by the Monte Carlo computer simulation

The structure and binding energy of copper clusters of the size range 70 to 150 were studied by using the embeddedatom method. The stability of the structure of the clusters was studied by calculating the average binding energy per atom, first difference energy and second difference energy of copper cluster. Most of the copper clusters of the size n=70-150 adopt an icosahedral structure. The results show that the trends are in agreement with theoretic prediction for copper clusters. The most stable structures for copper clusters are found at n=77, 90, 95, 131, 139.     

Evolution of three-shell onion-like and core-shell structures in （AgCo）201 bimetallic clusters

<正>This paper studies the structural evolution of（AgCo）₂₀₁ clusters with different Co concentrations under various temperature conditions by using molecular dynamics with the embedded atom method.The most stable position for Co atoms in the cluster is the subsurface layer at low temperature(lower than 200 K for the Ag₂₀₀Co₁ cluster).The position changes to the core layer with the increase of temperature,but there is an energy barrier in the middle layer. This makes the Ag-Co cluster form an Ag-Co-Ag three-shell onion-like configuration.When the temperature is high enough[higher than 800 K for（AgCo）₂₀₁ clusters with 50%Co],Co atoms can obtain enough energy to overcome the energy barrier and the cluster forms an Ag-Co core-shell configuration.Amorphization for the onion-like and core-shell clusters is induced by the large lattice misfit at Ag-Co interfaces.The structural evolution in the Ag-Co cluster is related to the release of excess energy.     

金团簇掺杂镍原子的量子化学研究

利用基于密度泛函理论的量子化学从头计算方法,计算了金掺杂镍原子团簇AunNi2(n=1~4)的稳定结构和对应的电子态,部分稳定结构具有较高的自旋多重性.比较研究AunNi2和Aun的稳定性,结果表明Au-Ni相互作用较强,掺入两个Ni原子提高了纯金团簇的稳定性,而且团簇体积越大,这种影响越小,计算结果还再现了封闭结构高稳定性质的振荡性.     

Dislocation decoration and raft formation in irradiated materials

Experimental observations of dislocation decoration with self-interstitial atom (SIA) clusters and of SIA cluster rafts are analysed to establish the mechanisms controlling these phenomena in bcc metals. The elastic interaction between SIA clusters, and between clusters and dislocations is included in kinetic Monte Carlo (KMC) simulations of damage evolution in irradiated bcc metals. The results indicate that SIA clusters, which normally migrate by 1D glide, rotate due to their elastic interactions, and that this rotation is necessary to explain experimentally-observed dislocation decoration and raft formation in neutron-irradiated pure iron. The critical dose for raft formation in iron is shown to depend on the intrinsic glide/rotation characteristics of SIA clusters. The model is compared with experimental observations for the evolution of defect cluster densities (sessile SIA clusters and nano-voids), dislocation decoration characteristics and the conditions for raft formation.     

非晶态金属Al中微团簇多面体结构及其演变规律的模拟研究

对50 000个金属Al原子从液态急冷形成非晶态结构的过程进行了分子动力学模拟研究.采用原子键型和原子团簇类型指数法,发现在其微观结构的转变过程中,与不断增加的1551键型密切相关的二十面体及其缺陷结构的形成起了非常突出的作用.通过各种键型原子团簇的计算,获得团簇多面体结构的分布数据.在可视化的显示下,得到一幅十分清晰的关于团簇多面体结构的特征及其演变的图景.建立了一种简单而有效的团簇多面体结构研究方法.同时也对模拟计算结果的微观机理给出了相应的讨论,这对于深入理解非晶态结构的形成机制及其微观过程,将有重     

Dynamic Scaling of Ramified Clusters Formed on Liquid Surfaces

A comprehensive simulation model -- deposition, diffusion, rotation, reaction and aggregation model is presented to simulate the formation processes of ramified clusters on liquid surfaces, where clusters can disuse and rotate easily. The mobility （including diffusion and rotation） of clusters is related to its mass, which is given by Dm = Dos^-γD and θm = θos^-γθ, respectively. The influence of the reaction probability on the kinetics and structure formation is included in the simulation model. We concentrate on revealing dynamic scaling during ramified cluster formation. For this purpose, the time evolution of the cluster density and the weight-average cluster size as well as the cluster-size distribution scaling function at different time are determined for various conditions. The dependence of the cluster density on the deposition flux and time-dependence of fractal dimension are also investigated. The obtained results are helpful in understanding the formation of clusters or thin film growth on liquid surfaces.     

基于改进粒子群优化算法的氩原子团簇结构优化

采用改进粒子群优化算法(IPSO)结合Lennard-Jones势对氩原子团簇结构进行优化,得到了氩原子团簇的稳态结构能量。以氩原子团簇Arn（n = 2-14）为例,验证了该方法的有效性。结果表明,应用本文提出的方法可得到对称性良好的团簇结构。与基本粒子群优化算法(BPSO)及遗传算法(GA)相比,改进粒子群优化算法具有更好的收敛特性,能较快地得到氩原子团簇结构的最优解。     

Dipole moment of a small water cluster. The effect of size,temperature, and electric field

A molecular dynamics simulation of neutral clusters (H₂O) _{n ≤ 21} has been performed in the framework of the flexible polarized model. The formation and evolution of the dipole moment of the cluster have been investigated with a change in the size and temperature of the cluster and an external electric field. It has been shown that at low electric fields corresponding to the experiments on the deflection of clusters in the transverse inhomogeneous electrostatic field (Moro et al., 2006), the induced polarization of the cluster is determined by the orientational polarizability of the “rigid” cluster, rather than by the intracluster reorientation of the molecules. The calculated dependence of the effective polarizability of the cluster in the low field on n qualitatively reproduces the experimental results, but the calculated polarizability is numerically much higher than the experimental value by, e.g., a factor of 4 for n ≈ 20.