利用 GPU 计算探测金属纳米线延性 - 脆性转变的统计有效性
介观与纳米尺度物理
2013-11-18 v1 材料科学
摘要
我们对金纳米线的拉伸与断裂进行了大规模统计分析（>2000 次独立模拟），以探究最近提出的随纳米线长度增加而发生的延性 - 脆性转变的有效性与适用范围 [Wu 等，Nano Lett., 12, 910-914 (2012)]。为实现高通量模拟方法，我们在 HOOMD-Blue 分子动力学软件包中实现了紧束缚势的二阶矩近似（TB-SMA），该软件包可在大规模并行图形处理器（GPU）上运行。从统计意义上讲，我们发现纳米线很好地符合延性 - 脆性模型；然而，我们也观察到一些出乎意料的模拟特征，加深了对延性 - 脆性转变的理解。首先，观察到偶尔出现的失效行为，其定性上不同于模型预测；这归因于 Au 原子的随机热运动，且在低至 10 K 的温度下也会发生。此外，我们还发现，基于经典位错理论发展的延性 - 脆性模型适用于直径小至 3 nm 的纳米线。最后，我们证明纳米线的临界长度在 298 K 时高于 10 K，这一结果未被延性 - 脆性模型所预测。这些结果为调整纳米线失效与结构提供了实用的设计策略，同时也表明 GPU 计算是需要大量独立轨迹以全面表征系统行为研究的绝佳工具。
引用
@article{arxiv.1311.3890,
title = {Probing the Statistical Validity of the Ductile-to-Brittle Transition in Metallic Nanowires Using GPU Computing},
author = {William R. French and Amulya K. Pervaje and Andrew P. Santos and Christopher R. Iacovella and Peter T. Cummings},
journal= {arXiv preprint arXiv:1311.3890},
year = {2013}
}
备注
To appear in Journal of Chemical Theory and Computation; 10 figures, 25 pages