基于第一性原理计算的 bcc Fe 中刃型与混合型位错的几何结构

我们利用 DFT 计算了 bcc Fe 中 $a_0[100](010)$ 刃型、$a_0[100](011)$ 刃型、$a_0/2[\bar{1}\bar{1}1](1\bar{1}0)$ 刃型以及 $a_0/2[111](1\bar{1}0)$ $71^{\circ}$ 混合型位错的核心结构。计算采用柔性边界条件（FBC），其通过晶格格林函数（LGF）将位错核心与无限谐和晶格耦合，使位错可作为孤立缺陷弛豫。与以往基于 FBC 的位错计算使用块体晶体 LGF 不同，我们使用位错几何的 LGF。位错 LGF 考虑了核心中拓扑的变化以及整个晶格中的应变。在位错几何中对力常数采用类块体近似，得到可优化 $a_0[100](010)$ 刃型、$a_0[100](011)$ 刃型及 $a_0/2[111](1\bar{1}0)$ $71^{\circ}$ 混合型位错核心的 LGF。该近似对 $a_0/2[\bar{1}\bar{1}1](1\bar{1}0)$ 位错失效，因此此处我们利用高斯近似势的精确力常数推导 LGF。位错 Nye 张量分布的标准差量化了核心的宽度。弛豫后的核心紧凑，且 Fe 原子上的磁矩紧密跟随核心中的体积应变分布。我们还利用八种不同的经典原子间势计算了这些位错的核心结构，并使用其 Nye 张量分布的傅里叶系数量化了核心间的对称性差异。大多数由经典势计算的核心结构与 DFT 结果吻合良好。这些 DFT 几何结构为加工硬化、以及用于计算溶质-位错相互作用的替代位点和间隙位点（作为溶质强化和位错附近溶质扩散中尺度模型的输入）的经典势研究提供了基准。