Слайд 1 - levolution

Бедрин Дмитрий Игоревич
Разработка компьютерной программы для
моделирования точечных дефектов в
металлических сплавах с использованием
метода погружённого атома
Научный руководитель: доцент Васильев А.А.
1
Постановка задачи
В работе поставлена задача создания программного
обеспечения для микроскопического моделирования
различных точечных дефектов и их комплексов в
металлических сплавах с использованием метода
погруженного атома.
Метод погруженного атома
1

U     ( rij )   ( i )

i 
2 i  j
i   ( rij )
j
φ(rij) – потенциал парного взаимодействия;
Φ(ρi) – энергия погружения;
ρi – электронная плотность в точке расположения i-ого
2
атома.
Возможности разработанной программы
Программа позволяет:
• создавать сферические кристаллиты произвольного размера c ОЦК или ГЦК структурой;
• создавать любые точечные дефекты, включая примесные атомы нескольких сортов, и
находить их равновесные конфигурации с помощью квазидинамического метода;
• уточнять полученные атомные конфигурации кристаллита с дефектом с учетом упругой
релаксации его внешней оболочки;
• исследовать взаимодействие различных точечных дефектов и вычислять его
энергетические характеристики;
• моделировать миграцию атомов и рассчитывать соответствующие энергетические
профили.
Реализация программы
Программа выполнена в виде Win32 приложения и будет работать под управлением всех
современных операционных систем семейства Microsoft Windows. Весь код, отвечающий за
моделирование процесса релаксации кристаллита и нахождения его равновесной атомной
конфигурации, написан на языке ANSI C++ и не привязан к операционной системе Microsoft
3
Windows. Таким образом, он может быть легко портирован на другие операционные системы.
Архитектура программы
User interacts only
with module 'View'
Module 'View' shows the data
stored in 'Model' and provides
features to amend it
View
*
*
Model
*
*
User
User interface implementation
MS C++, DirectX, MFC
Calculations implementation
ANSI C++, Numerical Recipes
Программа написана на языке C++ и построена по архитектуре POSA,
что обеспечивает высокую производительность вычислений и
легкость ее модифицирования.
Технология DirectX использует аппаратные средства графического
адаптера компьютера, что позволяет обеспечивать качественное
графическое отображение без больших потерь в скорости расчетов.
4
Интерфейс приложения
В режиме трёхмерного отображения программа показывает 7 элементарных
ячеек, расположенных в центральной области кристаллита. Пользователь
может перемещать изображение относительно экрана и вращать его
произвольным образом, что позволяет выбрать наиболее удобный ракурс. 5
Вычисление энергии активации миграции
вакансии в ОЦК железе
Potential 4
Potential 2
Potential 1
a
0.7
0.6
δEcryst, eV
0.5
0.4
0.3
0.2
Схема перемещения атома
0.1
0
0
Потенциал
Emv,
эВ
0.05
0.15
0.1
0.2
0.25
δr/a
Настоящая
работа
Литературные
данные
Джонсона
0.68 (2,4)
0.67 [13]
Potential 2
0.65 (4,6)
0.65 [3]
Potential 4
0.53 (4,6)
0.52 [3]
Potential 1
0.64 (4,6)
0.63 [6]
Энергетические профили миграции вакансии
в первую координационную сферу ОЦК железа
Полученные профили воспроизводят
соответствующие литературные результаты.
6
Расчет энергетического профиля миграции
примесного атома фосфора
Cryst. (4,6)
Cryst. (2,4)
a
0.35
0.3
δEcryst, eV
0.25
Равновесная конфигурация комплекса P + v
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0
Величина барьера миграции, полученная в
настоящей работе с учетом эффекта
упругой релаксации граничной области
кристаллита, близка к 0.30 эВ,
что практически совпадает с
результатом работы [6] (0.31 эВ).
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
δr/a
Энергетические профили миграции атома
фосфора в вакантный узел на первой
координационной сфере ОЦК железа.
7
Основные результаты
1. Разработана программа, позволяющая моделировать любые
точечные дефекты и их комплексы в сплавах c ОЦК и ГЦК
структурой с помощью метода погруженного атома.
2. Тестовые расчеты энергетических профилей миграции вакансии и
атома фосфора в ОЦК железе позволили с хорошей точностью
количественно воспроизвести ранее опубликованные результаты,
что свидетельствует о корректности вычислительных
алгоритмов, реализованных в программе.
8