高压对快凝Pd_(82)Si_(18)合金团簇结构及其遗传的影响

采用分子动力学方法,对高压条件下液态Pd_(82)Si_(18)合金快凝过程进行了模拟研究,并采用双体分布函数、Honeycutt-Andersen键对指数、原子团类型指数等方法表征和分析了快凝合金的微结构特征.结果发现:随着压力增加,玻璃合金中低配位数(Z≤11)的Kasper团簇数目显著减少,而高配位数(Z≥12)的Kasper团簇及其变形结构的数目大幅增加,当压力超过10 GPa玻璃合金中的(11 2/1441 8/1551 1/1661)团簇取代了(10 2/1441 8/1551)团簇的主导地位.提高压力能显著增加玻璃合金中高配位数(Z≥12) Kasper团簇铰链的中程序(MRO)数目,但低配位数(Z≤11) Kasper团簇仍主要形成共享顶点原子的扩展团簇.遗传跟踪分析发现,压力能够显著提高Kasper团簇的阶段遗传分数和遗传起始温度,增强了快凝Pd_(82)Si_(18)合金的玻璃形成能力.     

GaSi_n(n=1-6)团簇结构和稳定性的第一性原理研究

采用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6-311+G(d)水平下研究了GaSi_n(n=1-6)团簇的几何构型、电子性质、稳定性和振动特性.研究结果表明:GaSi_n(n=1-6)团簇基态结构基本保持了纯硅团簇的结构框架,Ga原子往往被吸附在Sin团簇的表面上.布局分析显示电子由Ga原子向Sin框架转移.平均束缚能和分裂能表明GaSi_3和GaSi_5团簇相对其他团簇具有较强的稳定性.振动特性研究表明:GaSi_n(n=1-6)团簇的IR活性最强振动模式主要是Ga原子与Sin结构之间的相对振动.极化率的研究表明,随着Si原子数的增多,GaSi_n团簇的非线形光学效应逐渐增强,更容易被外场极化.     

快凝过程中液态Cu64Zr36合金二十面体团簇遗传与演化跟踪

采用分子动力学方法模拟研究了液态Cu₆₄Zr₃₆合金在冷速50 K/ns下 的快速凝固过程, 并通过双体分布函数、Honeycutt-Andersen (H-A) 键型指数和团簇类型指数对其微结构演变特性进行了分析. 液态与快凝玻璃合金的主要原子组态都是二十面体(12 0 12 0)及其变形结构 (12 8/1551 2/1541 2/1431), 其中比例最高的是Cu芯Cu₈Zr₅基本原子团, 其次是Cu₇Zr₆和Cu₉Zr₄团簇; 并且由这些二十面体基本原子团铰链形成的中程序, 其尺寸分布在液相和固相中分别呈现出13, 19, 25,···和13, 19, 23, 25, 29, 37,···的幻数特征. 团簇的演化与跟踪分析发现: 没有任何团簇能从液态直接遗传到固态合金, 遗传的起始温度出现在T_m–T_g过冷液相区. 二十面体团簇的遗传主要以完全和直接遗传为主, 并且一个明显的增加发生在T_g附近. 在玻璃化转变温度T_g以下, (12 0 12 0) 二十面体比 (12 8/1551 2/1541 2/1431) 变形二十面体具有更高的结构遗传能力, 但仅有少部分在遗传过程中能保持化学成分的恒定. 通过部分遗传, 某些二十面体中程序甚至也能从过冷液体中被遗传到玻璃合金. 关键词： 快速凝固 分子动力学 二十面体团簇 遗传     

价键优选法：二、三周期小团簇的理论研究

使用价键优选法，在较小的计算量下，系统地得到了二、三周期元素团簇体系(直到四原子为止)关键结构的性质.还能得到团簇从双原子到四原子的演化过程.对所有团簇的电子结构进行分析，可以理解特定元素的四原子团簇出现T_d立体结构的原因.更加有趣的是，通过较小团簇结合能和对应元素单质宏观性质( 熔点、沸点等)的相应变化关系，能够理解在熔解、沸腾过程中关键结构的作用. 关键词： 价键优选法 团簇关键结构 团簇 第一原理分子动力学 物质性质     

AuCu249合金团簇热稳定性的原子尺度计算研究

采用基于嵌入原子法的NVT正则系综分子动力学方法,在原子尺度上计算了包含249个原子的金属间化合物AuCu₂₄₉合金团簇由固态转变为熔体的结构演化过程. 根据对分布函数、原子密度分布函数和主要原子键对数目随温度的变化,发现在温度从低温升到高温的过程中,合金团簇内伴随着原子的连续位置交换,团簇呈现由外及里的分阶段结构转变. 同时还发现在团簇内原子堆积结构转变过程中,Au原子出现由团簇内层向外层运动的趋势,而Cu原子则有由外层向内层运动的趋势. 关键词： 合金团簇 分子动力学 计算机模拟 相变     

Agn-1Si（n=5-10）团簇结构与性质研究

采用密度泛函理论研究了Agn-1Si团簇（n = 5-10）的几何结构和物理性质。首先得到体系最低能量结构，其中Ag5Si 和 Ag7Si团簇的结构比之前研究中结构能量更低。通过分析相应结构的能隙，平均结合能，二阶能量差可以发现Si原子的加入可以加强团簇结构稳定性，使团簇更加紧凑。在团簇尺寸n = 5-10的范围里，拥有八个价电子的Ag4Si团簇在以上三个方面都显示出非常稳定的特点。通过分析Agn-1Si团簇 (n = 5-10)的差分电荷发现，电荷的转移主要发生在Si原子与其相邻的Ag原子之间， Si原子和附近的Ag原子之间产生了强烈的共价相互作用，是团簇稳定性增强的重要原因。     

Al_n(n﹤10000)团簇熔化行为的分子动力学模拟

采用半经验的Gupta原子间多体势,运用分子动力学模拟结合退火技术,由不同初始结构(密堆积满壳层Ih、Oh结构及退火结构)出发,研究了尺寸在10000个原子之内的Al团簇的熔化行为.结果表明:在所研究团簇尺寸范围内,Ih结构均具有高的动力学稳定性;Oh结构的动力学稳定性与团簇尺寸密切相关:尺寸较小(1000个原子以内)时不稳定(熔化前会发生向类Ih结构的转变),在中间尺寸(1000~2000原子间)时动力学稳定性发生转变,尺寸较大(2000原子以上)时显示出完整的动力学稳定性;从不同初始结构出发所得相同尺寸团簇熔点基本相同;在200原子以上时,团簇熔点随尺寸变大而升高且体现出近似的线性关系.     

Si60团簇的结构及其与Si(111)面间碰撞的分子动力学模拟

利用紧束缚分子动力学退火方法模拟研究了Si60团簇的稳定结构和基态能量,结果表明Si60团簇为具有T对称性的截顶二十面体的富勒烯结构,平均键长为0236nm,直径为0933nm,原子结合能为4.45eVatom,JahnTeller效应对Si60团簇的结构有很大影响.通过对Si60分子和Si(111)面碰撞机理的粒子数、体积和能量不变分子动力学模拟,发现Si60分子吸附在Si(111)面所需要的垂直入射动能为40eV,Si60分子远不如C60分子稳定 关键词： 紧束缚 JahnTeller效应 碰撞     

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.     

密度泛函理论计算Ga_nZn(n=1～7)团簇的几何结构和稳定性

采用密度泛函理论(Density Functional Theory,简称:DFT)中的广义梯度近似(Generalized Gradient Approximation,简称:GGA)中的B3LYP方法,选择LANL2DZ基组,对GanZn(n=1~7)小团簇的各种可能结构进行了优化,得到了每一种团簇的基态平衡结构.对每一种团簇中最稳定的团簇计算了平均键能、二阶差分能和分裂能,计算结果表明,Zn掺杂到Ga团簇中,稳定性出现奇偶交替的现象,当Ga原子为偶数时,团簇表现出较稳定的状态,当Ga原子为奇数时,团簇表现出不稳定的状态.与Gan纯团簇的比较发现Zn掺杂到Ga团簇时提高了其化学活性.     

Local atomic structures of amorphous Pd80Si20 alloys and their configuration heredity in the rapid solidification

The local atomic structures of amorphous Pd₈₀Si₂₀ alloys and their configuration heredity in the rapid solidification are investigated by a molecular dynamics simulation with the help of cluster-type index method based on Honeycutt–Anderson bond-type index and an inversely tracking technique of atomic trajectories. Their short-range orders are found to be various Kasper clusters as well as their distorted configurations, and among which (10 2/1441 8/1551) bi-capped square Archimedean anti-prism (BSAP) clusters are dominated, e.g. Si-centred Pd₁₀Si₁ clusters. These Kasper clusters mainly exist in the form of isolated basic clusters. Few medium-range orders can be detected, especially for Si-centred Kasper clusters. Similarly to icosahedrons of Cu–Zr amorphous alloys, their sustainable configuration heredity also occurs firstly in the super-cooled liquid region, and BSAP clusters have higher onset temperature T_onset and bigger descendible fraction F than other Kasper clusters in the rapid solidification of Pd₈₀Si₂₀ alloys.     

二十面体团簇的遗传:一个与快凝Cu56Zr44合金玻璃形成能力有关的动力学参数

采用分子动力学方法模拟研究了液态Cu₅₆Zr₄₄合金在不同冷速γ与压力P下的快速凝固过程, 并通过基于Honeycutt-Andersen键型指数的扩展团簇类型指数法对其微结构演变特性进行了分析. 结果表明: 快凝玻璃合金的局域原子组态主要是(12 12/1551)规则二十面体、以及 (12 8/1551 2/1541 2/1431)与(12 2/1441 8/1551 2/1661) 缺陷二十面体. 通过原子轨迹的逆向跟踪分析发现: 从过冷液体中遗传下来的二十面体对快凝合金的玻璃形成能力(GFA)具有重要影响, 不仅其可遗传分数F_i =N_{300 K←Tg}ⁱ/N_Tg 与GFA密切相关, 而且其遗传起始温度(T_onset)与合金约化玻璃转变温度T_rg = T_g/T_m也存在很好的对应关系.     

Molecular dynamics simulation of polyhedron analysis of Cu–Ag alloy under rapid quenching conditions

In this study, the formation mechanism of polyhedron clusters in Cu₅₀Ag₅₀ binary alloy system consisting of 50 000 atoms has been investigated by using molecular dynamics simulations based on embedded atom method (EAM) during the rapid cooling processes. The cluster-type index method (CTIM) has been used to describe the evaluation properties of clusters and the structural development has been investigated by using radial distribution function (RDF). The simulation results show that the amorphous phase is formed by the main bonded pairs of 1551, 1541 and 1431 in the system, and ideal icosahedral (icos) cluster (12 0 12 0) and other basic polyhedron clusters, such as defective icos, Frank–Kasper, Bernal polyhedron, play a critical role under the rapid cooling conditions. The results of our simulations that have been disclosed show that high cooling rate favors the icos and defective icos clusters for model alloy system.     

Formation and evolution mechanisms of large-clusters during rapid solidification process of liquid metal Al

A molecular dynamics simulation study has been performed for the formation and evolution characteristics of nano-clusters in a large-scale system consisting of 400000 atoms of liquid metal Al. The center-atom method combined with pair-bond analysis technique and cluster-type index method (CTIM) has been applied here to describe the structural configurations of various basic clusters. It is demonstrated that both the 1551 bond-type and the icosahedral cluster (12 0 12 0) constructed by 1551 bond-types are dominant among all the bond-types and cluster-types, respectively, in the system and play a critical role in the microstructure transitions of liquid metal Al. The nano-clusters (containing up to 150 atoms) are formed by the combination of some middle and small clusters with distinctly different sizes, through mutual competition by unceasing annex and evolution in a seesaw manner (in turn of obtaining and losing), which do not occur as the multi-shell structures accumulated with an atom as the center and     

非晶态合金Cu_xPd_(1-x)形成过程合金效应及微观结构转变特性的模拟研究(英文)

本文根据量子Sutton-Chen多体势,采用分子动力学方法对含有50000个原子大系统液态二元合金Cu_xPd_(1-x)(CuPd的原子半径比为1.14)在快速凝固过程中的微观结构转变特性进行模拟研究.运用Honeycutt-Andersen(HA)键型指数法和原子成团类型指数法(CTIM)分析了液态和固态的微观结构特性.研究结果发现:在7.73×10~(13)K/S冷却速率下,Cu_xPd_(1-x)合金形成以1551、1541和1431三种键型为主的非晶态结构;系统以1551键型和由1551键型构成的(12 0 12 0)二十面体团族在所有的键型和团簇中占主导地位,并且在液态合金Cu_xPd_(1-x)微观结构转变中起着关键性作用.通过分析键型、团簇和平均原子体积,我们发现液态合金Cu_xPd_(1-x)的玻璃转变温度是573K.同时还发现,原子的平均配位数的变化与1551,1441,1661键型的变化趋势相当接近,这反映出体系对称性结构的变化规律与配位数的变化有关.     

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.     

液态金属Al快速凝固过程中团簇结构的形成特性

采用分子动力学方法 ,对含有 10 5个Al原子的液态金属大系统在快凝过程中团簇结构的形成特性进行了模拟研究 ,并采用原子团类型指数法 (CTIM )来描述各种类型的团簇结构组态 .研究结果显示 ,二十面体原子团 (12 0 12 0 )及其组合在微观结构转变中起着最重要的作用 .发现纳米级大团簇 (含有 10 4个原子 )是由一些中等原子团相互结合而成 ,而中等原子团又是由基本原子团结合组成 .这种结构与由热蒸发、离子溅射等方法所获得的以某一个原子为中心、按八面体结构堆积起来的多壳层晶体结构的纳米级大团簇完全不同 .组成这种大团簇结构的基本原子团的中心原子是彼此以单线或扭结的形式相互成键连接的 .这种结构的角隅正好可以成为液态金属凝固过程中形成支晶的起点 .     

非晶Ag晶化过程中不同类型晶核结构的识别与跟踪

采用分子动力学模拟研究了非晶Ag的等温晶化过程,通过原子轨迹逆向追踪法分析了不同类型晶体团簇的结构遗传与组态演化.在团簇类型指数法的基础上,根据基本团簇种类与联结方式不同,提出了一种可区分fcc单晶、多晶与混晶团簇的分析方法.在非晶Ag等温晶化过程中,基于团簇结构的连续遗传性特征,发展了一种可区分fcc单晶、多晶与混晶晶胚与晶核的结构分析技术.结果发现:不论临界尺寸还是几何构型,不同类型的晶核结构都存在差异,其中fcc单晶临界尺寸最小,多晶次之,混晶最大; fcc单晶与多晶壳层原子中有少量hcp和bcc原子,而混晶壳层则全部为非晶类原子,并且fcc单晶、多晶与混晶的临界晶核都不是球型结构.     

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