通过非平衡从头算分子动力学高效精确测定晶格空位扩散系数
材料科学
2016-03-25 v2
摘要
我们重新审视非平衡从头算分子动力学（NE-AIMD）中的颜色扩散算法 [P. C. Aeberhard 等，Phys. Rev. Lett. 108, 095901 (2012)]，并提出一种简单高效的方法，用于估算在远低于熔点的温度下晶体固体中单空位的跃迁速率。应用于单空位迁移的颜色扩散要求一个晶格原子（着色原子）在外部恒力 F 的作用下朝邻近的缺陷位置加速。以 1000 至 2800 K 之间的体心立方钼作为模型系统，NE-AIMD 结果表明，着色原子跃迁速率 k_{NE} 随力强度 F 呈指数增长，直至远超先前所用线性拟合区域的 F 值。利用一个简单模型，我们推导出一个解析表达式，再现了所观测到的 k_{NE}(F) 对 F 的依赖关系。由 NE-AIMD 结果外推得到的平衡速率与无约束动力学的速率高度一致。我们的方法所取得的计算效率增益随温度降低而迅速增加，在本研究考虑的最低温度下达到了四个数量级。
引用
@article{arxiv.1509.04487,
title = {Efficient and accurate determination of lattice-vacancy diffusion coefficients via non equilibrium ab initio molecular dynamics},
author = {Davide G. Sangiovanni and Olle Hellman and Björn Alling and Igor A. Abrikosov},
journal= {arXiv preprint arXiv:1509.04487},
year = {2016}
}