ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ КОМПЛЕКСОВ ВАКАНСИЙ В ДВУМЕРНЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРАХ НА КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ

1

• Авторы
• Файлы

Суппес В.Г. Статья в формате PDF 154 KB В данной работе рассматривается одна из программ компьютерного лабораторного комплекса по физике твердого тела [1-4]. Студентам выдается одно из следующих заданий:

1. Исследовать условия образования комплексов вакансий различного типа в зависимости от расстояния между ними (номер координационной сферы) для твердого раствора Ni₃Al.
2. Исследовать условия образования комплексов вакансий различного типа в зависимости от расстояния между ними (номер координационной сферы) для твердого раствора Ni₃Fe.
3. Исследовать условия образования комплексов вакансий различного типа в зависимости от расстояния между ними (номер координационной сферы) для твердого раствора Cu₃Au.
4. Изучение изменений энергии системы при наличии вакансионных комплексов различного типа и различной конфигурации.

Приведенные выше задания не исчерпывают возможностей программы.

Рассмотрим порядок выполнения одного из таких заданий:

Исследовать условия образования комплексов вакансий различного типа для твердого раствора Cu₃Au.

Порядок выполнения:

1.Запустить программу smvtr.exe.

2.Выбрать твердый раствор ( Ni₃Al, Ni₃Fe, Cu₃Au).

3.Задать размеры расчетной ячейки. Для этого необходимо задать число атомов в рядах ячейки по осям X и Y (рекомендуется примерно 24´24) (минимальное значение по осям X и Y - 12, максимальное - 100).

4.Задать число вакансий в окне "Число вакансий" (минимальное значение - 0, максимальное - 2).

5.Если число вакансий будет равно 2, то необходимо задать расстояние между вакансиями, равное радиусу координационной сферы (минимальное значение - 1, максимальное - 5).

6.Если есть вакансии, тогда необходимо выбрать тип вакансий из списка (Ni, Al, Fe, Cu, Au, или их комплексы-Ni-Ni, Al-Al, Fe-Fe, Ni-Al, Cu-Au, Ni-Fe). Если нет конфигурации с соответствующей сортам атомов и заданному расстоянию, то выдается сообщения об ошибке. Например, в сплаве Ni₃Al возможна конфигурация с дивакансией типа Al-Al только на расстоянии, равном третьей координационной сферы.

7. Для ввода данных нажать кнопку "Установить параметры".

8. Запуск эксперимента осуществляется нажатием кнопки "Пуск". В результате расчета можно получить значение полной энергии системы.

9. Задавая различные расстояния между вакансиями и повторяя пункты 4-7 получить значение энергии системы в зависимости от количества вакансий и расстояния между ними. Записать полученные значения в таблицу.

10. Вычислить значение энергии «разорванных» межатомных связей для атома сорта A (или сорта B):

11. Найти значения энергии образования вакансии сорта А (или сорта B) соответственно равна разности энергий кристалла, содержащего вакансию типа A , и идеального кристалла , за вычетом половины энергии связей, восстановившихся на поверхности кристалла:

.

Энергией образования вакансии называется разность энергий кристалла, содержащего заданное число N атомов и одну вакансию, и бездефектного кристалла, содержащего то же количество атомов.

12. Вычислить значения энергии образования дивакансии типа AB соответственно равна разности энергий кристалла, содержащего вакансию, и идеального кристалла, за вычетом половины энергии связей, восстановившихся на поверхности кристалла:

.

13. Вычислить значения энергии связи двух одиночных вакансий в дивакансию :

 .

14. Построить график изменения энергии связи двух одиночных вакансий в комплекс в зависимости от расстояния между вакансиями. Для обработки компьютерного эксперимента использовать электронные таблицы или среду MathCad.

15. Сравнить полученное значение со справочным.

Таблица 1. Результаты эксперимента (Система Cu₃Au)

тип вакансий	число вакансий m	E0, эВ энергия идеального кристалла	E, эВ Энергия системы	E1, эВ энергия разорванных связей	E2 эВ энергия образования	E3, эВ энергия связи	Расстояние между вакансиями n
Cu	0	-823,829					0
	1		-821,041	2,788	1,394		0
Au	1		-820,747	3,082	1,541		0
Au-Au	2		-817,694		3,053	-0,118	3
Cu-Au	2		-818,369		2,525	0,41	1
			-818,03		2,864	0,071	2
							3
			-817,962		2,932	0,003	4
			-817,961		2,933	0,002	5
Cu-Cu	2		-818,61		2,431	0,504	1
			-818,311		2,436	0,499	2
			-818,277		2,764	0,171	3
			-818,257		2,784	0,151	4
			-818,254		2,787	0,148	5

а)                                                                                                 б)

Рисунок 1. а) Энергия образования комплексов вакансий в зависимости от расстояния между вакансиями;

б) Энергия связи в зависимости от расстояния между вакансиями.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Суппес В.Г., Полетаев Г.М. Компьютерный лабораторный пpaктикум по молекулярной физике. Ж."Физическое образование в вузах" Издательский дом МФО 2003г., Т.9, №2, с.113-124.
2. Суппес В.Г., Полетаев Г.М. Компьютерный лабораторный пpaктикум по молекулярной физике. Сб. науч. трудов "Проблемы учебного физического эксперимента" МММ., ИОСО РАО 2003, с.80-82.
3. Суппес В.Г. О компьютерном лабораторном пpaктикуме. Межвузовский сборник научных статей под редакцией В.П.Горшенина, И.В.Резанович. Профессиональное мастерство: становление, формирование и развитие. Челябинск, Издательство ЮУрГУ, 2003, С.172-178.
4. Суппес В.Г., Старостенков М.Д., Дудник Е. А. О направлениях обучения с исполь- зованием компьютеров. Ж."Физическое образование в вузах" Издательский дом МФО 2004г., Т.10, №2, с.76-83.

---