基于第一原理计算拟合Ag、Si和C原子间相互作用势的研究

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hjh8607
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在这篇论文中,我们建立了一个AgSiC三原子体系的相互作用势,这为分子动力学方法模拟Ag在SiC中扩散提供了可能。本文采用Tersoff势作为描述AgSiC三原子体系的力场函数。在势函数的拟合过程中我们结合退火模拟、最小二乘法,运用“力匹配”方法来拟合参考构型的力学、能量等信息从而获得势函数的全局最优值。其中,各种参考构型的原始数据我们通过基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法获得。为了描述一些动态过程,我们对相应体系进行了从头算分子动力学模拟。为了确保我们DFT计算的可靠性,其结果跟其它第一性原理计算结果进行了对比。在Tersoff势的拟合过程中,我们采用分步独立的方法对原子间相互作用势逐步进行拟合。拟合结果表明:我们得到的势对单原子体系(C或Si单晶)的计算值跟理论值符合的很好,晶格常数最大误差为0.0031A,单个原子内聚能最大误差为0.004 eV,体弹性模量误差约为5%;此外,对缺陷能的计算除了C空位形成能误差为3.5eV之外,其它值都符合的很好。用新拟合的Si-C作用势对SiC体系的计算结果显示:除了弹性常数C44跟理论值偏差较大外,Si、C空位形成能和其它弹性常数都跟理论值符合的很好;特别是SiC晶体内聚能、晶格常数、体弹性模量的计算值跟理论值非常吻合。其计算值分别为-6.433 eV、4.3778A和2.13 Mbar,理论值分别为-6.433 eV、4.3796 A和2.12 Mbar,相应的误差都不超过0.5%。除此之外,我们把新拟合的势的计算值跟实验值进行了对比,发现我们拟合的势对晶格常数的计算普遍偏高,结合能比实验值偏低。我们的势对Si、C晶体中空位能和间隙能的计算结果比采用(Phys. Rev. B 39,5566 (1989))中所给出的SiC势的计算结果精度更高,同时在SiC体系中Vsi和Vc的计算值比(Phys. Rev.B 39,5566(1989))的计算值更接近理论值。对于Ag-C和Ag-Si作用势的拟合结果表明,采用我们的势对16种Ag缺陷体系内聚能的计算都比较准确,其误差在0.6%左右。
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