缺陷形成能的定义及相关讨论

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缺陷形成能的定义及相关讨论

(2010-02-12 01:06)

标签: - 分类:Theoretical Basis

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原帖地址:http://www.materialssimulation.com/node/258

satchel1979

笔名 : 陈征征

个人主页 :

所在院校或者研究机构 : California State University Northridge

研究方向 :

主要研究方向为缺陷对于结构材料力学性质的影响,并发展起跨尺度相关算法。具体研 究体心立方材料中线缺陷及空位、杂质等的相互作用。此外也承担一部分第一原理表面 科学计算, 包括表面态对于吸附原子 /空位的扩散势垒的影响。 对磁性问题也比较感兴趣。 最常用的软件为 VASP 、 DMOL 、 LAMMPS 等。正在积极学习各类算法,以期实现 TB 、 MD 、 MC 及至平面波第一原理计算软件包。

实际工作中,各类缺陷的形成能 EF 是一个非常重要的概念。它的数值可以直接反应 特定缺陷形成的难易程度, 材料合成环境对于缺陷形成的影响, 以及复合缺陷体系的稳定性 等等。因此,如何尽量准确的确定 EF 对于计算材料学而言是比较核心的任务之一。本文试 图讨论利用第一原理方法计算 EF 时需要注意的几个方面,以期帮助读者理解文献,为进一 步的学习和研究奠定基础。

一般而言, 缺陷体系相较于完美体系, 也即参考体系, 经常会有粒子数目上的变化 (这 里粒子是指构成材料的原子以及电子) 。 因此可以将其视为巨正则系综。 按照最为直接的定 义,其缺陷形成能 EF 可表示为 [1]

EF = G - \sum_i Ni μi - ne μe

其中 G 是缺陷体系的 Gibbs 自由能。求和遍历该体系中包含的所有元素种类。 Ni 和 μi 分 别为第 i 种元素的原子个数以及当前体系下该类原子的化学势。上式将电子单列出来, ne 和 μe 分别为变化的电子数(相对于中性参考体系而言)以及电子的化学势。

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