B2-FeAl低指数表面动力学性质的分子动力学模拟

摘要

本文以B2-FeAl作为研究对象，采用分析型嵌入原子模型(EAM)和分子动力学方法(MD)，详细研究了B2-FeAl低指数面的表面非谐效应及B2-FeAl(110)面吸附原子的振动特性。 本文在第一章和第二章主要介绍了表面的一些基本概念、分析型嵌入原子模型、分子动力学方法、表面晶格的构建方法和计算表面有关物理量的方法。 第三章研究了B2-FeAl(110)面的非谐效应。首先，计算了直接反映原子间相互作用势可靠性的几个物理量：体熔点、体声子态密度和表面能；结果与实验值或其他理论值符合得好，说明采用分析型EAM模型势的可靠性。然后，计算了表面层间距、表面原子的均方振动振幅、表面声子频率谱密度和线宽度、表面层结构因子等与温度的关系。从计算的结果分析看，在B2-FeAl(110)表面产生波浪效应，即在同一层中Fe原子收缩而Al原子膨胀，并且这种现象在高温下也保持。当温度大于900K时，B2-FeAl(110)表面出现较强的非谐效应。在温度1300K之下，B2-FeAl(110)面没有出现预熔现象。 第四章研究B2-FeAl(001)和B2-FeAl(111)面的非谐效应。也通过计算表面层间距、表面原子的均方振动振幅、表面声子频率谱密度和线宽度、表面层结构因子等与温度的关系。结果讨论表明，对B2-FeAl(001)面，第1、2层层间距膨胀；而对B2-FeAl(111)面，在温度600K之下第1、2层层间距收缩。，B2-FeAl(001)和B2-FeAl(111)表面分别在温度大于约700K和500K表现出较强的非谐效应。并且B2-FeAl(111)表面比B2-FeAl(001)表面的非谐效应更强。另外，通过和上一章对B2-FeAl(1101面非谐效应讨论的比较，可以进一步得出结论，密排的B2-FeAl(110)面非谐效应最弱，开放的B2-FeAl(111)面表现出最强的非谐效应。 最后，研究了Fe和Al吸附原子在B2-FeAl(110)面上的振动特性。通过Fe或Al单吸附原子在B2-FeAl(110)面的静态计算，发现Fe吸附原子在B2-FeAl(110)面上的稳定吸附位置是四重洞位；而Al吸附原子在B2-FeAl(110)面上的稳定吸附位置是三重洞位。计算了吸附原子和清洁表面原子的声子态密度，得到在B2-FeAI(110)面平面内的方向上Fe(或Al)吸附原子比对应的表面原子所受束缚弱。而在表面垂直方向上，Fe(或Al)，吸附原子比对应的表面原子所受作用力要强。在B2-FeAl(110)面平面内的方向上Fe吸附原子比Al吸附原子与表面原子的耦合弱。而在与表面垂直的方向上，Fe吸附原子也比Al吸附原子与表面原子的耦合弱。通过吸附原子的均方振动振幅的计算，发现在B2-FeAl(110)面上，Al吸附原子比Fe吸附原子热稳定性要好。在计算温度范围内，Al吸附原子均方振动振幅比Fe吸附原子均方振动振幅要小。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2晶体的有关知识

1.2.1晶体结构

1.2.2晶面、米勒指数

1.3表面原子结构与基本概念

1.3.1表面二维晶格

1.3.2表面二维倒格子

1.3.3表面几个基本概念

1.4表面动力学研究的理论方法

1.5 EAM模型在金属表面上的应用

1.6本研究工作的意义

1.7本文的研究内容

第2章理论模型与分子动力学方法

2.1原子间相互作用势

2.1.1分析型嵌入原子模型(EAM)

2.1.2分析型嵌入原子模型(EAM)对合金的处理

2.2分子动力学方法

2.2.1有限差分法

2.2.2系综概述

2.3晶格的构建方法

2.3.1三维完整晶格

2.3.2含自由表面的非完整晶格

2.4有关物理量的计算方法

2.4.1表面层间距

2.4.2表面声子谱密度和谱线宽度

2.4.3层结构因子

2.4.4二维有序参数(Qn)

2.4.5均方振动振幅(MSVA)

2.5本章小结

第3章B2-FeAl(110)表面非谐效应的研究

3.1引言

3.2计算方法

3.3结果与讨论

3.3.1 B2-FeAl原子间相互作用势可靠性的验证

3.3.2表面原子层间距

3.3.3原子均方振动振幅

3.3.4表面声子谱密度与线宽度

3.3.5表面层结构因子

3.4本章小结

第4章B2-FeAl(001)、B2-FeAl(111)表面非谐效应的研究

4.1引言

4.2计算方法

4.3结果与讨论

4.3.1表面原子层间距

4.3.2原子均方振动振幅

4.3.3表面声子态密度与线宽度

4.3.4表面层结构因子

4.4本章小结

第5章B2-FeAl(110)表面单吸附原子振动特性的研究

5.1引言

5.2计算方法

5.3结果与讨论

5.3.1 Fe或Al单吸附原子在B2-FeAl(110)表面的静态计算

5.3.2吸附原子的声子态密度

5.3.3吸附原子的均方振动振幅

5.4本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间所发表的学术论文目录