1 Бедрин Дмитрий Игоревич Разработка компьютерной программы для моделирования точечных дефектов в металлических сплавах с использованием метода погружённого атома Научный руководитель: доцент Васильев А.А.

2 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 φ(r ij ) – потенциал парного взаимодействия; Φ(ρ i ) – энергия погружения; ρ i – электронная плотность в точке расположения i-ого атома.

3 Возможности разработанной программы Программа позволяет: создавать сферические кристаллиты произвольного размера c ОЦК или ГЦК структурой; 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; 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; уточнять полученные атомные конфигурации кристаллита с дефектом с учетом упругой релаксации его внешней оболочки; исследовать взаимодействие различных точечных дефектов и вычислять его энергетические характеристики; исследовать взаимодействие различных точечных дефектов и вычислять его энергетические характеристики; моделировать миграцию атомов и рассчитывать соответствующие энергетические профили. 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 Windows. Таким образом, он может быть легко портирован на другие операционные системы.

4 Архитектура программы 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.

5 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.

6 Вычисление энергии активации миграции вакансии в ОЦК железе Схема перемещения атома Энергетические профили миграции вакансии в первую координационную сферу ОЦК железа Полученные профили воспроизводят соответствующие литературные результаты. Потенциал E m v, эВ НастоящаяработаЛитературныеданные Джонсона 0.68 (2,4) 0.67 [13] Potential (4,6) 0.65 [3] Potential (4,6) 0.52 [3] Potential (4,6) 0.63 [6]

7 Расчет энергетического профиля миграции примесного атома фосфора Равновесная конфигурация комплекса P + v Энергетические профили миграции атома фосфора в вакантный узел на первой координационной сфере ОЦК железа. 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).

8 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.