高压下液态Ni和Co结构和动力学的第一性原理研究

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液态物质的微观结构对材料的性能研究有着十分重要的意义,目前凝聚态物质已经成为人们关注的热点。压强作为材料制备的重要因素,对液态的微观结构和性质都有深远影响,所以对高压下液态结构和性质的研究是十分必要的。  本文采用第一性原理分子动力学分别模拟了高压下液态Ni和Co的原子运动。通过计算径向分布函数、静态结构因子、键角分布函数和键对分布函数等结构分析函数,以及对均方位移、范霍夫函数和中间自散射函数等动力学相关函数的分析,得到了高压对液态金属Ni和Co微观结构及动力学的作用,并总结了液态金属Ni和Co结构和动力学性质随压强的变化规律。同时,我们还研究了温度对高压下两种液体的微观结构和动力学性质的影响。  同一温度,压强增大,体系密度增加,液态Ni原子间排列更加紧密,短程有序性增强。分析结果表明:代表完整二十面体结构的1551键含量先增后减,说明大量的完整二十面体被破坏,缺陷二十面体增加,促进了面心立方体和密排六方体有关的结构增加;体系结构发生转变的临界密度与温度有关,温度越低,临界密度越小。通过对动力学相关函数的分析我们发现,高压使液态Ni原子的扩散变慢,高温时出现了β驰豫,表现出一些过冷态的习性。  其次,通过对不同密度下液态Co的结构和动力学变化分析,我们最终得出了压强对液态Co结构及动力学的影响。压强增大,使Co原子之间排列越来越紧密,液体的密度增大,短程有序性增强。在一个较低的压强范围内,完整二十面体和缺陷二十面体随压强增大都有一定程度的增加。当压强继续增大时,完整二十面体结构被破坏,体系中出现了大量的缺陷二十面体、面心立方体和密排六方体结构,高压下液态Co的结构有序性变得更加明显。对于不同温度的体系,结构变化时的临界密度随温度降低而变小。在高压状态下,Co原子的扩散运动变慢,高温的液态Co中同样存在β驰豫。
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