铁弹材料孪晶变形过程中的极化漩涡演化研究

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孪晶界是铁弹材料的主要结构缺陷,孪晶界的运动是铁弹材料在外力作用下的主要变形机制。近年来,孪晶界应变与极化的耦合关系在“畴界工程”研究领域受到了广泛关注。研究发现,铁弹材料孪晶界处应变与极化的耦合效应和偶极子的强关联作用会产生极化漩涡。但是,在铁弹材料孪晶变形过程中,孪晶界运动引起的极化漩涡的动态演化行为尚不明晰。因此,本论文采用分子动力学模拟方法研究铁弹材料变形过程中孪晶界运动引起的极化漩涡演化行为。本工作首先研究了平面孪晶界的运动引起的极化漩涡演化行为。研究表明,平面孪晶界上扭折结构产生的畸变场使匀速运动的扭折后方的锥形区域内形成了极化漩涡集团,漩涡尺寸和强度随与扭折之间距离和与孪晶界之间的距离增加而减小。在扭折匀速运动过程中,漩涡集团的结构稳定,几乎不随时间变化。在扭折的形核与碰撞过程中,距离很近的扭折之间应变场发生交互作用,使漩涡尺寸和强度增加。在去孪晶过程中,随着平面孪晶界间距的减小,孪晶界间距在8-24个晶格常数时孪晶界之间的极化漩涡加强。对于针状孪晶的形成及扩展过程的研究表明,针状孪晶是由多层扭折依次产生形成的。针尖匀速运动,其速度低于扭折运动速度。针状孪晶运动初期,针状孪晶的尖端非常尖锐,在针状孪晶运动的过程中针尖被逐渐钝化。与此同时,针状孪晶周围的局域应变场类水波纹状向外扩展,形成漩涡集团。与扭折相比,针状孪晶的局域应变场的范围更大,形成的极化漩涡强度更高,尺寸更小,且漩涡分布随时间变化。对在无应力状态下铁弹材料中孪晶界上的扭折结构进行研究,发现扭折处的应变梯度产生了垂直于孪晶界方向的极化分量,满足挠曲电效应。对材料施加平行于孪晶界方向的电场,可以使扭折两侧极化方向相反,形成以扭折为畴界的二维电畴结构。在电场作用下,对模型施加剪切变形,扭折的运动使二维电畴界发生运动,但同时形成中心对称度高的极化漩涡。随着应变速率的提高,扭折运动出现二次加速现象,加速过程中极化漩涡出现加速和融合现象。通过对铁弹材料孪晶变形过程的研究,期望为其作为新型存储器件的研究提供理论基础和设计依据。
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