npj: 零点能对位错运动的影响—环-聚合物分子动力学模拟

2018 年 11 月 22 日 知社学术圈

海归学者发起的公益学术平台

分享信息,整合资源

交流学术,偶尔风月

原子的量子运动也称为零点振动,最近被提出来用以解释铁和其它高原子质量金属中长期存在的理论计算和实验测量的低温塑性强度之间的误差。最近有研究队伍通过传统理论中不太看重的原子量子运动(零点振动)理论解释了这一问题,但其对材料位错运动有何影响尚不清楚。

来自美国加州大学伯克利分校和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的Rodrigo Freitas领导的研究小组,采用环-聚合物分子动力学(Ring-Polymer Molecular Dynamics, RPMD)的精确形式,对材料位错运动的量子效应作了量子动力学模拟,以观察原子量子运动对Peirels应力的影响、对材料耐低温位错运动的影响。为了将量子原子模拟扩展到普适缺陷的相干长度和时间尺度上,他们在开源代码LAMMPS中实现了RPMD,从而使得RPMD/LAMMPS方法可直接计算位错迁移率及其对α-Fe屈服强度的影响。模拟结果表明,在温度低于50 K时,存在较为明显的量子效应,但也仅仅降低了大约13%的Peierls势垒。而相比于基于谐波过渡态理论的模拟结果,两套方法在Peierls相变势垒的降低程度上给出了截然不同的结果。与实验相比,经典分子动力学对Peirels应力有所高估,但通过并行计算对150000个原子进行环-聚合物分子动力学模拟与实验值差异较小。这表明,早期的量子修正高估了零点振动对体系的扰动,同时低估了近邻原子的约束效应。采用有效的环-聚合物分子动力学模拟可以帮助我们研究材料中普适的缺陷,同时可以准确地计算原子动力学的量子修正。


该文近期发表于npj Computational Materials 4:55 (2018) ,英文标题与摘要如下,点击左下角“阅读原文”可以自由获取论文PDF。



Quantum effects on dislocation motion from ring-polymer molecular dynamics 


Rodrigo Freitas, Mark Asta & Vasily V. Bulatov 


Quantum motion of atoms known as zero-point vibration was recently proposed to explain a long-standing discrepancy between theoretically computed and experimentally measured low-temperature plastic strength of iron and possibly other metals with high atomic masses. This finding challenges the traditional notion that quantum motion of atoms is relatively unimportant in solids comprised of heavy atoms. Here we report quantum dynamic simulations of quantum effects on dislocation motion within the exact formalism of Ring-Polymer Molecular Dynamics (RPMD). To extend the reach of quantum atomistic simulations to length and time scales relevant for extended defects in materials, we implemented RPMD in the open-source code LAMMPS thus making the RPMD method widely available to the community. We use our RPMD/LAMMPS approach for direct calculations of dislocation mobility and its effects on the yield strength of α-iron. Our simulation results establish that quantum effects are noticeable at temperatures below 50 K but account for only a modest (≈13% at T = 0 K) overall reduction in the Peierls barrier, at variance with the factor of two reduction predicted earlier based on the more approximate framework of harmonic transition state theory. Our results confirm that zero-point vibrations provide ample additional agitation for atomic motion that increases with decreasing temperature, however its enhancing effect on dislocation mobility is largely offset by an increase in the effective atom size, an effect known as quantum dispersion that has not been accounted for in the previous calculations.



扩展阅读

 

npj: 电子能带结构的图形图案—快速在线搜索工具

npj: 相场模拟—再现复杂的金属材料点腐蚀

npj: 扫描探针显微镜插上机器学习的翅膀

npj: 多目标遗传训练——量化反应力场的不确定度量化

npj CM.获得第一个SCI影响因子

本文系网易新闻·网易号“各有态度”特色内容

媒体转载联系授权请看下方

登录查看更多
0

相关内容

【ICML2020-哈佛】深度语言表示中可分流形
专知会员服务
12+阅读 · 2020年6月2日
【ACL2020】利用模拟退火实现无监督复述
专知会员服务
13+阅读 · 2020年5月26日
专知会员服务
26+阅读 · 2020年3月6日
物理学家终于找到了一种拯救薛定谔猫的方法
中科院物理所
8+阅读 · 2019年6月10日
npj: 机器学习添视觉—材料缺陷快分析
知社学术圈
6+阅读 · 2018年8月18日
PRL导读-2018年120卷15期
中科院物理所
4+阅读 · 2018年4月23日
最大熵原理(一)
深度学习探索
12+阅读 · 2017年8月3日
Implicit Maximum Likelihood Estimation
Arxiv
7+阅读 · 2018年9月24日
Physical Primitive Decomposition
Arxiv
4+阅读 · 2018年9月13日
Arxiv
4+阅读 · 2018年5月24日
Arxiv
8+阅读 · 2018年4月8日
Arxiv
3+阅读 · 2017年10月1日
VIP会员
相关资讯
物理学家终于找到了一种拯救薛定谔猫的方法
中科院物理所
8+阅读 · 2019年6月10日
npj: 机器学习添视觉—材料缺陷快分析
知社学术圈
6+阅读 · 2018年8月18日
PRL导读-2018年120卷15期
中科院物理所
4+阅读 · 2018年4月23日
最大熵原理(一)
深度学习探索
12+阅读 · 2017年8月3日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员