镍基单晶高温合金γ/γ′（001）相界面上原子构型的分子动力学研究

用分子动力学方法研究了镍基单晶高温合金γ/γ′（001）相界面上三种各具特征的原子堆垛结构. 能量学计算发现，存在最优构型，动力学模拟显示不同构型的界面弛豫后，在相界面上都“成对”出现刃型错配位错. 相关计算表明体系能量、界面形成能及弛豫能都依赖于界面原子堆垛特征，而几何特征则具共性，即不同原子构型的界面具有同一的应力释放模式.     

镍基合金掺杂W、Mo原子在γ/γ＇相界面扩散机理研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理,研究掺杂W、Mo在镍基高温合金的沉淀强化γ′相分配差异的因素.通过VASP软件,建立γ′-Ni₃(Al_3/8Ti_5/8)相的体系模型,选取非等效位置的不同阵点,计算W、Mo原子在不同位置的替代形成能,分析W、Mo在γ′相的占位倾向;计算掺杂W、Mo原子前后,界面的吸附能,研究掺杂W、Mo对相界的影响;计算W、Mo原子从γ向γ′相扩散,获得W、Mo扩散的路径与势垒.结果表明,W、Mo的掺杂优先替代γ′-Ni₃(Al_3/8Ti_5/8)相5号Al原子,并提高相界的稳定性;分配的差异是W相比于Mo替代γ′相位置的Al原子更易形成空位,而γ相中的Ni原子较难形成空位,且逆扩散所需能量更多导致的.     

Ta和Re对Ni/Ni3Al相界面断裂强度和蠕变强度的影响

采用基于密度泛函理论和广义梯度近似的第一原理方法,探究Ta元素和Re元素在Ni/Ni3Al相界面中的相互作用及其对界面强度的影响.计算表明:在绝大多数化学计量比范围内, Ta原子优先占据γ相中的顶点Ni位, Re原子优先占据γ’相中的Al位, Re原子和Ta原子共合金化时掺杂位置不发生改变.通过格里菲斯断裂功、不稳定堆垛层错能及空位迁移能的计算,得出Ta和Re合金化都可以增强界面的格里菲斯断裂能,提高界面的结合强度,两种合金化元素均提高了体系的不稳定堆垛层错能,即提高了界面阻碍位错运动的能力和抵抗变形的能力,其中Re的单独合金化效果更好.两种元素的掺杂提高了界面上空位迁移的势垒,阻碍了空位的发射和吸收,进而提高了合金的蠕变能力.     

γ-TiAl金属间化合物面缺陷能的分子动力学研究

运用分子动力学方法，对γ-TiAl金属间化合物的面缺陷能(层错能和孪晶能)进行了研究. 计算得到γ-TiAl不同滑移系(或孪生系)的整体堆垛层错能曲线，结果表明，γ-TiAl较一般fcc晶体结构的金属可动滑移系(孪生系)的数量减少，在外界条件下呈脆性. 研究孪生系(1/6)〈112〉{111}的弛豫的整体堆垛层错(GSF)能和整体孪晶(GTF)能曲线，对不稳定层错能γ_usf、稳定层错能γ_sf和不稳定孪晶能γ_usf值进行分析，可以预知， γ-TiAl的主要变形机理为孪生系(1/6)〈112〉{111}的孪生和普通滑移系(1/6)〈110〉{111}的滑移，以及超滑移系(1/2)〈011〉{111}的滑移. 关键词： γ-TiAl')" href="#">γ-TiAl 堆垛层错能 孪晶能 分子动力学     

各向异性光子晶体中Λ型原子动力学性质研究

讨论了各向异性光子晶体中外驱动场作用下Λ型原子的动力学性质及辐射谱特性. 通过理论 分析和数值计算发现，原子上下能级的布居数将出现准周期性振荡的性质，其振荡的频率和 振荡的幅度与上能级的耗散系数γ， 驱动场的作用强度，驱动场和共振频率失谐度δ等相 关； 原子上能级与光子晶体带边的相对位置将直接影响到原子自发辐射的模式. 此外，从 辐射谱的角度分析光子晶体对原子周围辐射场的特性及其传输性质的影响.     

γ-α相变中不同晶界特征下铁素体生长形貌的相场模拟

利用多相场模型模拟了奥氏体(γ)-铁素体(α)相变过程中不同晶界特征下铁素体晶粒的形貌与生长动力学.模型中通过能量梯度系数和耦合项系数的协同变化定量表达晶界能与晶界迁移率的各向异性,同时固定相场界面宽度来保证计算精度.模拟结果显示:随着原奥氏体晶界能与铁素体-奥氏体晶界能比值σ_(γ,γ)/σ_(α,γ)的增加,三叉相界面处的平衡角β减小,铁素体晶粒沿原奥氏体晶界与垂直于奥氏体晶界方向的生长速率差变大.铁素体与奥氏体晶粒间的晶粒取向越接近,铁素体生长越缓慢.模拟结果可描述铁素体晶粒生长形貌的多样性,与实验结果符合.     

金电极与吡啶末端连接界面结构的力学变化过程理论研究

利用基于第一性原理的绝热拉伸模拟方法计算了4,4’-二吡啶分子与不同构型金电极之间的作用过程,研究了分子在外力作用下逐渐远离金电极过程中分子与电极间界面结构特有的演化过程以及体系能量与作用力的变化特征.结果显示,分子在远离锥形电极过程中很容易出现近于垂直地连接到锥形电极第二层金原子上的特有连接构型,同时由于吡啶末端的排斥作用,电极尖端的金原子偏向一侧.分子从第二层金原子上断开并连接到尖端金原子上需要1.3—1.5 nN的拉力作用,明显大于分子从尖端电极上断开所需要的0.8—1.0 nN的作用力,从而揭示了实验中二吡啶分子结在形成过程中作用力与界面构型变化之间的对应关系.4,4’-二吡啶分子与平面金电极的作用较弱,只需要不到0.5 nN的作用力就可断开,而当分子连接到吸附在平面电极表面的孤立金原子上时,可以承受约1.7 nN的作用力.以上研究表明基于第一性原理的绝热拉伸模拟方法不仅可以揭示分子与电极之间的界面结构演化过程,而且通过作用力的计算可以很好地识别实验中分子与电极间的特有界面结构.     

中子在大气中产生氮俘获γ的蒙特卡罗模拟研究

为了精确计算早期核辐射,建立了中子及次级γ在大气中输运的蒙特卡罗计算模型,并利用几何分裂算法与时间分裂算法等减方差技巧提高计算效率,计算得到了距源点不同距离球面上中子与中子次级γ的信息,给出了不同位置不同时间的氮俘获γ能量释放率。开展了氮俘获γ能量释放率的规律性研究,并分析了中子能量对氮俘获γ的影响。结果表明,氮俘获γ能量释放率先随源点的距离增加而增大,在距源点约500 m达到峰值,而后随距离增加指数衰减。氮俘获γ能量释放率在时间上服从指数衰减规律,衰减时间在0.1 s左右。引入表征氮俘获γ辐射强度参数a和特征衰减时间参数τ,拟合得到了不同距离不同时间氮俘获γ能量释放率的快速计算公式。研究表明,氮俘获γ辐射强度、衰减时间及其空间分布均与中子能量密切相关。     

镍基单晶高温合金相界面错配位错网络的演化

运用分子动力学方法,研究了镍基单晶高温合金γ/γ′相界面错配位错网络的特征.通过对界面位错的形成、位错的反应、位错网络的演化等现象的分析发现,在温度场影响下,位错网络将由弛豫初期的十四面体演化成最终的正六面体. 关键词： 镍基单晶高温合金 相界面错配位错 位错网络演化 分子动力学     

第一原理研究界面弛豫对InAs/GaSb超晶格界面结构、能带结构和光学性质的影响

通过广义梯度近似的第一原理全电子相对论计算, 研究了不同界面类型InAs/GaSb超晶格的界面结构、电子和光吸收特性. 由于四原子界面的复杂性和低对称性, 通过对InAs/GaSb超晶格进行电子总能量和应力最小化来确定弛豫界面的结构参数. 计算了InSb, GaAs型界面和非特殊界面(二者交替)超晶格的能带结构和光吸收谱, 考察了超晶格界面层原子发生弛豫的影响.为了证实能带结构的计算结果, 用局域密度近似和Hartree-Fock泛函的平面波方法进行了计算. 对不同界面类型InAs/GaSb超晶格的能带结构计算结果进行了比较, 发现界面Sb原子的化学键和离子性对InAs/GaSb超晶格的界面结构、 能带结构和光学特性起着至关重要的作用.     

Al(111)/Al_3Li(111)的界面性质

运用基于第一性原理的平面波贋势法,计算研究了Al (111)/Al_3Li (111)的界面性质.结果表明:Al (111)/Al_3Li (111)的界面具有三种原子配位关系结构,其中界面处仍保持与基体Al一致的三明治堆垛构型的界面稳定性最好.计算表明,该结构界面最薄弱层,位于Al_3Li (111)内,其分离功最小(约1.53 J/m~2),强度最弱,而基体Al和Al_3Li内部的强度随着到界面距离的增大而逐渐增强.     

高能量γ射线刻度源装置

在核物理实验和γ剂量探测中,γ射线探测器,如 Ge(Li),HpGe,Nal(T1)和 BGO等都需要刻度能量线性和相对效率.在兆电子伏能区,在加速器上可以利用不同的核反应获得不同能量γ射线.但在没有加速器的地方则无法进行.我们利用一个～105中子/s的Am-Be中子源制成了高能量γ射线刻度源装置.实验装置见图1.这个装置简单、方便.对于没有加速器的地方尤为实用. 一个原子核俘获一个热中子后,由于中子结合能,复合核将处在较高的激发态,它在退激时放出特征的单色γ射线,其能量由激发态的能级决定.一般来说,俘获γ射线谱是多线结构的,但是在高能部分,…     

有机铁磁界面自旋极化接触构型效应

基于第一性原理,研究了三种不同的接触构型垂直吸附在镍表面的苯双硫分子的界面自旋极化.结果表明界面自旋极化强烈依赖于接触构型,接触构型的变化可使自旋极化由正值变为负值.通过分析投影态密度,发现界面处镍原子的3d轨道与硫原子的sp³杂化轨道发生了轨道杂化.模拟机械可控断裂结实验中的界面吸附构型,根据计算的界面自旋极化,利用Julliere模型得到磁电阻约为27%,与实验测量结果较为符合.     

γ射线在LSO晶体中的能量沉积

采用蒙特卡罗程序MCNP计算了γ射线在LSO晶体中的能量沉积分布并与相应的实验结果进行了对比,验证了该方法的正确性。在此基础上计算了不同能量的γ射线在LSO晶体中的能量沉积分布,分析了γ射线与物质的不同作用对晶体中能量沉积分布的影响,总结出在晶体轴向和径向的能量沉积分布规律。轴向上,不同能量γ射线在LSO晶体中的能量沉积近似为指数分布,在表面能量沉积密度较小;在径向方向,γ射线在入射轴线上能量沉积密度很高,在距入射轴较近的区域,主要是次级电子产生沉积能量,随着距离的增大,γ射线能量沉积逐渐减小;在距入射轴较远的区域,能量沉积主要是散射γ射线产生。     

γ射线在LSO晶体中的能量沉积

采用蒙特卡罗程序MCNP计算了γ射线在LSO晶体中的能量沉积分布并与相应的实验结果进行了对比,验证了该方法的正确性。在此基础上计算了不同能量的γ射线在LSO晶体中的能量沉积分布,分析了γ射线与物质的不同作用对晶体中能量沉积分布的影响,总结出在晶体轴向和径向的能量沉积分布规律。轴向上,不同能量γ射线在LSO晶体中的能量沉积近似为指数分布,在表面能量沉积密度较小;在径向方向,γ射线在入射轴线上能量沉积密度很高,在距入射轴较近的区域,主要是次级电子产生沉积能量,随着距离的增大,γ射线能量沉积逐渐减小;在距入射轴较远的区域,能量沉积主要是散射γ射线产生。     

钛酸钡陶瓷中氧缺位的组态变化对弛豫过程的影响

研究了热历史对四方相钛酸钡陶瓷弛豫性质的影响.结果表明,不同热历史的钛酸钡试样在四方相温区都出现弛豫内耗峰,但不同热历史的试样具有不同性质的弛豫过程.从立方相降温测得的四方相陶瓷的弛豫激活能为0.61 eV;而从单斜相升温测得的四方相陶瓷的弛豫激活能为1.12 eV,相差几近一倍.用氧缺位的分布和弛豫热力学选择定则提出了四方相的弛豫机理,计算了不同热处理后处于不同对称位置氧缺位的浓度.     

α-SiC“非汉字符号”表面结构的第一性原理计算

用全势缀加平面波方法(FPLAPW)计算了αSiC及其非极性(1010)表面的原子与电子结构.计算出的αSiC晶体结构参量:晶格常量和体积弹性模量与实验值符合得很好.用平板超原胞模型来计算αSiC(1010)表面的原子与电子结构,结果表明表面顶层原子发生键长收缩并扭转的弛豫特性,表面阳离子Si,C向体内方向发生不同程度的位移.表面重构的机理为Si,C原子由原来的sp3杂化方式退化为sp2杂化,与其三配位异种原子近似以平面构型成键.另外,表面弛豫实现表面由半金属性至半导体性的转变     

金刚石/硅(001)异质界面的分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法模拟研究了未重构的金刚石/硅(001)面相接触时界面层原子的弛豫过程及所形成的异质界面的结构特征.硅碳二元系统中原子间的相互作用采用Tersoff多体经验势描述.弛豫前沿[110]与[110]方向界面碳硅原子数之比均为3∶2.界面碳硅原子总数之比为9∶4.弛豫后金刚石与硅界面处晶格匹配方式改变为[110]方向基本上以3∶2关系对准,而[110]方向大致以1∶1关系对准.相应地,界面碳硅原子总数之比接近3∶2.界面下方部分第二层硅原子在弛豫过程中向上迁移至界面是引起这种变化的原因,同时该层其他原子及其底下一到两个原子层厚度的区域在[001]方向上出现一定程度的无序化转变倾向.金刚石/硅异质界面处的硅碳原子发生强烈键合,形成平均键长为0.189nm的硅碳键.研究证实,晶格匹配主要呈现界面及其附近硅原子迎合界面碳原子排列的特点. 关键词： 金刚石 硅 异质界面 分子动力学     

α-SiC (1010)表面结构的第一性原理计算

用全势缀加平面波方法（FPLAPW）计算了α-SiC及其非极性（101^-0）表面的原子与电子结构。计算出的α-SiC晶体结构：晶格常量和体积弹性模与实验值符合得很好。用平板超原胞模型来计算α-SiC（101^-0）表面的原子与电子结构，结果表明表面顶层原子发生键长收缩并扭转的弛豫特性，表面阳离子Si,C向体内方向发生不同程度的位移。表面重构的机理为Si,C原子由原来的sp^3杂化方式退化为sp^2杂化，与其三配位异种原子近似以平面构型成键。另外，表面弛豫实现表面由半金属性至半导体性的转变。     

钛酸钡陶瓷中氧缺位的组态变化对弛豫过程的影响

研究了热历史对四方相钛酸钡陶瓷弛豫性质的影响。结果表明，不同热历史的钛酸钡试样在四方相温区都出现弛豫内耗峰，但不同热历史的试样具有不同性质的弛豫过程。从立方相降温测得的四方相陶瓷的弛豫激活能为0．61eV；而从单斜相升温测得的四方相陶瓷的弛豫激活能为1．12eV，相差几近一倍。用氧缺位的分布和弛豫热力学选择定则提出了四方相的弛豫机理，计算了不同热处理后处于不同对称位置氧缺位的浓度。