Первопринципное исследование атомного упорядочения в сплавах переходных металлов

• Автор: Поюровский, Леонид Витальевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 124 с.

Оглавление
Введение
1. Методика первопринципного моделирования эффектов атомного упорядочения
1.1. Первопринципные методы расчета электронной структуры
1.1.1. Теория функционала плотности
1.1.2. Метод линеаризованных muffin-tin орбиталей (ЛМТО)
1.1.3. Формализм функции Грина
1.1.4. Приближение когерентного потенциала
1.1.5. Энергия Маделунга неупорядоченного металлического сплава
1.1.6. Метод локально самосогласованной гриновской функции
1.1.7. Метод точных МТ-орбиталеи (ТМТО)
1.1.8. Метод JIMTO-функции Грина для поверхностей металлов и сплавов
1.2. Расчет эффективных межатомных взаимодействий
1.2.1. Числа заполнения и эффективные гамильтонианы
1.2.2. Метод Коннолли-Виллиамса
1.2.3. Метод обобщенной перенормировки (МОП)
1.2.4. Одночастичные потенциалы
1.2.5. Локальные релаксации в приближении тетраэдра ближайших соседей
1.3. Метод Монте-Карло
1.3.1. Метод Монте-Карло для объема
1.3.2. Метод Монте-Карло для поверхности

2. Свойства поверхности Си с нанесенными на нее монослоями N1
2.1. Детали расчетов
2.2. Результаты и обсуждение
3. Упорядочение вакансий в нестехиометрических карбидах титана ТЮ*
3.1. Детали расчетов
3.2. Результаты и обсуждение
4. Поверхностные сегрегации в сплавах №Р1 и №Р<1
4.1. Детали расчетов
4.2. Упорядочение в объеме
4.3. Энергии сегрегации и парные потенциалы на поверхности
4.4. Поверхностные сегрегации в неупорядоченных сплавах №5оР15о и N150?Ййо
4.5. Сегрегации на поверхности (111) стехиометрических и субстехио-метрических упорядоченных сплавов №Р1
Заключение

Введение
В металлических сплавах атомы располагаются в узлах кристаллической решетки не абсолютно произвольным и независимым друг от друга образом, а, как правило, наблюдаются определенные корреляции в пространственном распределении между компонентами. Атомы одного сорта могут быть окруженны атомами других сортов (в сплавах с тенденцией к упорядочению), или атомами того же сорта (в сплавах с тенденцией к сегерегации). В распределении атомов по сортам могут наблюдаться корреляции только между соседними узлами (в сплавах с ближним порядком), или также между удаленными друг от друга узлами кристалла (в сплавах с дальним порядком). Все эти разнообразные явления относятся к категории эффектов упорядочения в металлических сплавах. Изучение этих эффектов и их влияния на разнообразные свойства сплавов является одной из важных задач материаловедения и физики металлов.
Вплоть до начала-середины 80-х годов теоретическое описание процессов упорядочения в реальном сплаве было возможно только при наличии определенной экспериментальной информации. Такой информацией, например, могла быть измеренная энтальпия образования неупорядоченной или упорядочной фазы, найденные рентгенографическими методами параметры ближнего порядка (ПБП) в неупорядоченном сплаве, экспериментально полученная фазовая диаграмма и т. д. Прежде всего, экспериментальные данные позволяли оценить магнитуду эффективных межатомных взаимодействий между атомами компонентов сплава, знание которых необходимо при моделировании процессов упорядочения. Существовавшие в то время теоретические методики расчета таких взаимодействий (например, метод сильной связи) либо сами опирались на эмпирические данные, либо использовали довольно грубые приближения (например, модель прямоугольной с1-зоны [1]), чью надежность в каждом конкретном случае было бы весьма непросто оценить.
Следует заметить, что подгонка параметров межатомного взаимодействия под экспериментальные результаты обычно содержит некий произвол. Например, при подгонке под термодинамические данные довольно часто (и без серьезного теоретического обоснования) считаются существенными только пар-

1.1.7. Метод точных МТ-орбиталей (ТМТО)
Как уже отмечалось в предыдущем разделе, используемое в методе ЛМТО приближение атомной сферы приводит к ряду систематических ошибок в результатах расчетов, особенно для неплотноупакованных структур. Поэтому был предложен ряд так называемых полнопотенциальных методов, в которых не накладывается никаких ограничений на форму одноэлектронного потенциала К//(г в уравнениях КШ (1.6). В полнопотенциальных методах используется в качестве базиса используются как МТ-орбитали (полнопотенциальный метод ЛМТО [44, 45, 46]),так и присоединенные плоские волны (ППВ) (полнопотенциальный ППВ метод [47]). Будучи весьма аккуратными, полнотенциальные методы весьма трудоемки по сравнению с ЛМТО. Также не удалось создать полнопотенциальные методы в формализме ФГ, по этой причине не были разработаны полнопотенциальные версии ПКП или ЛСГФ для расчетов сплавов.
Несколько лет назад О. Андерсеном был предложен метод точных МТ-орбиталей (ТМТО) [48, 49], который по аккуратности сравним с полнопотенциальными методами и при этом по производительности близок к стандартному ЛМТО. Также был разработан метод ТМТО-ГФ-ПКП, что позволяет использовать метод ТМТО для расчетов свойств сплавов. Однако в настоящей работе метод ТМТО применялся только для расчетов упорядоченных структур.
В методе ТМТО потенциал записывается в МТ-форме:
V(v) = У0 + £(VrM - Vo), (1.78)

где суммирование производится по узлам решетки. В отличии от обычных МТ или ПАС методов, в ТМТО линейное перекрытие между сферами может составлять 30-40 %. Как оказалось, с большим перекрытием между сферами МТ-потенциал хорошо аппроксимирует реальный кристаллический потенциал.
В методе ТМТО используется базис точных МТ-орбиталей. Точная МТ-орбиталь имеет вид:
Хнь(е1г) = (Æ(e,r)0(H < a)-i(e,r))yL(r)0(a < |r| > s)+x%L(k2,r), (1.79)
где щ(б, г)Уь(г) - решение радиального уравнения Шредингера (1.18) для энергии е, определенное внутри МТ-сферы радиуса S, Хль(е>г) ~ экранированная