氢在 α-铁中的扩散与捕获：量子与非谐涨落的作用
材料科学
2018-06-06 v1
摘要
我们研究了磁性 α-铁中氢间隙原子的热力学与动力学，考虑了质子的量子涨落以及晶格振动与氢跳跃的非谐性。我们表明，在室温及更低温度下，氢在 BCC 铁晶格中的扩散率强烈偏离阿伦尼乌斯行为。我们在扩散率计算中比较了量子过渡态理论与显式环聚合物分子动力学，发现声子的作用是在中等温度下抑制而非增强扩散率，这与通常的跳跃极化子图像相反。接着我们以空位作为原型晶格缺陷来讨论氢的捕获。通过思想实验中一系列步骤，每步涉及一个热力学积分，我们能够将质子与缺陷的结合自由能分离为调和与非调和、经典与量子贡献。我们发现，铁中氢与晶格缺陷的典型结合自由能约有 30% 由有限温度效应解释，其中约一半来自量子质子涨落。这对热脱附与渗透实验同标准电子结构理论的比较具有巨大影响。对缪子自旋共振实验的解释影响更为深远。
引用
@article{arxiv.1803.00600,
title = {Hydrogen Diffusion and Trapping in {\alpha}-Iron: The Role of Quantum and Anharmonic Fluctuations},
author = {Bingqing Cheng and Anthony T. Paxton and Michele Ceriotti},
journal= {arXiv preprint arXiv:1803.00600},
year = {2018}
}