液态金属的结构和动力学性质的第一性原理分子动力学研究

论文摘要

本文采用第一性原理分子动力学方法研究了铁的熔化过程、模拟了不同温度的液态铁和二元Cu64Zr36合金，并对液态Fe和液态Cu64Zr36合金的结构和动力学性质进行了深入的分析。升温过程中，铁的能量升高，1500K开始熔化，体系结构变得杂乱无章。对不同温度液态铁Fe的研究发现，与高温相比，低温时液态Fe内部结构的有序度增加，并且温度越低局部二十面体结构含量越大。进而分析局部二十面体短程序结构对动力学的影响，我们发现，降温过程中体系动力学减慢，并且每个温度二十面体的动力学都比整个体系的动力学慢，说明与整个系统所有原子相比，二十面体原子的重排能力比较弱。另外，我们发现二十面体对动力学的影响不仅存在于β弛豫区，在深α弛豫区影响依然存在(直到中间自散射Fs(qmax,t)衰减到0.1)。对多个温度液态Cu64Zr36合金体系的模拟，通过计算径向分布函数、静态结构因子、均方位移函数和中间自散射函数，分析了体系的结构及动力学性质随温度的变化情况。我们发现，随着温度降低，体系结构的有序度增加，整个体系结构随温度的变化与Cu-Zr和Cu-Cu原子间的排列情况有关，而与Zr-Zr原子的排列关系不大；降温过程中，体系的动力学变慢，Cu原子的运动对体系动力学的发展起到促进作用，而Zr原子则阻碍了体系动力学的发展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的意义
• 1.2 液态金属的研究技术
• 1.2.1 结构分析方法
• 1.2.2 动力学分析方法
• 1.3 液态金属的第一性原理分子动力学研究
• 1.4 液体中的二十面体与五重对称结构
• 1.5 研究目的及主要内容
• 第2章 理论基础和计算方法
• 2.1 第一性原理方法
• 2.2 密度泛函理论
• 2.3 第一性原理分子动力学方法
• 2.3.1 Born-Oppenheimer近似
• 2.3.2 Car-Parrinello方法
• 2.3.3 赝势方法（Pseudo-potential methods）
• 2.4 第一性原理计算的意义
• 第3章 第一性原理模拟液态铁的结构和动力学
• 3.1 引言
• 3.2 模拟方法
• 3.3 结果分析
• 3.3.1 铁的熔化过程分析
• 3.3.2 液态铁的结构分析
• 3.3.3 铁的动力学性质分析
• 3.4 本章小结
• 64Zr₃₆合金结构和动力学性质的第一性原理分子动力学模拟'>第4章 液态Cu₆₄Zr₃₆合金结构和动力学性质的第一性原理分子动力学模拟
• 4.1 引言
• 4.2 模拟方法
• 4.3 模拟结果与分析
• 4.3.1 结构分析
• 4.3.2 动力学性质分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢