α 与 δ 相钚中空位肿胀偏置的从头算研究

在持续辐照下，当非平衡空位和自间隙原子群体在足够不对称的相互作用偏置下迁移时，材料中会产生空位肿胀。在常规金属中，其倾向性首先通过比较点缺陷弛豫应变来近似确定。因此，我们给出了基于 DFT 的钚的 $\alpha$ 相和 $\delta$ 相中点缺陷结构与形成能及形成体积的计算。我们的结果表明，$\delta$-Pu 中的晶格缺陷与大多数 fcc 金属相反，具有出奇小的形成体积。同样出乎意料的是，在低对称性 $\alpha$-Pu 相中发现了较大的缺陷形成体积。这两种不寻常的性质均可由缺陷诱导的 Pu 相中自旋/轨道矩的形成与破坏得到满意解释。当我们利用计算得到的缺陷性质估算各相的经典空位肿胀偏置时，发现其在 $\delta$-Pu 中异常小，但在 $\alpha$-Pu 中 likely 大得多。因此，Pu 不同相之间的肿胀速率和机制可能截然不同。特别是在大缺陷团簇形成之前的瞬态区，$\alpha$-Pu 的肿胀速率可可靠预期远大于 $\delta$-Pu。然而，更长时间的准确预测需要修正常规空位肿胀理论以处理不同 Pu 相所呈现的复杂性。作为例证，我们展示了 $\delta$-Pu 中由缺陷诱导的自旋-晶格涨落熵贡献引起的空位性质可能的反常温度依赖。此类复杂性可能影响缺陷-缺陷相互作用，从而改变空位肿胀偏置。