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本文以B2-FeAl作为研究对象,采用分析型嵌入原子模型(EAM)和分子动力学方法(MD),详细研究了B2-FeAl低指数面的表面非谐效应及B2-FeAl(110)面吸附原子的振动特性。
本文在第一章和第二章主要介绍了表面的一些基本概念、分析型嵌入原子模型、分子动力学方法、表面晶格的构建方法和计算表面有关物理量的方法。
第三章研究了B2-FeAl(110)面的非谐效应。首先,计算了直接反映原子间相互作用势可靠性的几个物理量:体熔点、体声子态密度和表面能;结果与实验值或其他理论值符合得好,说明采用分析型EAM模型势的可靠性。然后,计算了表面层间距、表面原子的均方振动振幅、表面声子频率谱密度和线宽度、表面层结构因子等与温度的关系。从计算的结果分析看,在B2-FeAl(110)表面产生波浪效应,即在同一层中Fe原子收缩而Al原子膨胀,并且这种现象在高温下也保持。当温度大于900K时,B2-FeAl(110)表面出现较强的非谐效应。在温度1300K之下,B2-FeAl(110)面没有出现预熔现象。
第四章研究B2-FeAl(001)和B2-FeAl(111)面的非谐效应。也通过计算表面层间距、表面原子的均方振动振幅、表面声子频率谱密度和线宽度、表面层结构因子等与温度的关系。结果讨论表明,对B2-FeAl(001)面,第1、2层层间距膨胀;而对B2-FeAl(111)面,在温度600K之下第1、2层层间距收缩。,B2-FeAl(001)和B2-FeAl(111)表面分别在温度大于约700K和500K表现出较强的非谐效应。并且B2-FeAl(111)表面比B2-FeAl(001)表面的非谐效应更强。另外,通过和上一章对B2-FeAl(1101面非谐效应讨论的比较,可以进一步得出结论,密排的B2-FeAl(110)面非谐效应最弱,开放的B2-FeAl(111)面表现出最强的非谐效应。
最后,研究了Fe和Al吸附原子在B2-FeAl(110)面上的振动特性。通过Fe或Al单吸附原子在B2-FeAl(110)面的静态计算,发现Fe吸附原子在B2-FeAl(110)面上的稳定吸附位置是四重洞位;而Al吸附原子在B2-FeAl(110)面上的稳定吸附位置是三重洞位。计算了吸附原子和清洁表面原子的声子态密度,得到在B2-FeAI(110)面平面内的方向上Fe(或Al)吸附原子比对应的表面原子所受束缚弱。而在表面垂直方向上,Fe(或Al),吸附原子比对应的表面原子所受作用力要强。在B2-FeAl(110)面平面内的方向上Fe吸附原子比Al吸附原子与表面原子的耦合弱。而在与表面垂直的方向上,Fe吸附原子也比Al吸附原子与表面原子的耦合弱。通过吸附原子的均方振动振幅的计算,发现在B2-FeAl(110)面上,Al吸附原子比Fe吸附原子热稳定性要好。在计算温度范围内,Al吸附原子均方振动振幅比Fe吸附原子均方振动振幅要小。