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

[转]缺陷形成能的定义及相关讨论

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

satchel1979

笔名: 陈征征

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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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