厘清“跨声速”螺位错的定义

近期若干分子动力学(MD)模拟表明,面心立方(fcc)金属中的螺位错能够实现高于最低剪切波速($v_\text{shear}$,该波速平行于其运动方向)的稳定稳态运动(常被称为跨声速运动)。这与经典连续介质分析直接矛盾,后者预测宿主材料的弹性能量在依赖于晶体几何的“临界”速度 $v_\text{crit}$ 处发散。在本工作中,我们首先通过解析分析证明,宿主材料的弹性能量在大于 $v_\text{shear}$ 的位错速度($v_\text{crit}$)处发散,即 $v_\text{crit} > v_\text{shear}$。我们认为,正是这一推导出的速度($v_\text{crit}$)在解析解中划分了位错运动的“亚声速”与“超声速”区间。除分析外,我们还给出了一套全面的 MD 模拟结果,涵盖低温与室温下多种应力及若干立方金属的稳态螺位错运动。在室温下,我们独立的 MD 模拟与早期工作均发现稳定的螺位错运动仅出现在我们推导的 $v_\text{crit}$ 以下。尽管如此,在真实多晶材料中 $v_\text{crit}$ 不能被解释为亚声速位错运动的硬性极限。事实上,在极低温下我们对 Cu 在 10 开尔文时的 MD 模拟证实了文献中近期的一个论断:位错速度 $v>v_\text{crit}$ 的真正“超声速”螺位错在极低温下是可能的。