[發(fā)明專利]一種構(gòu)建刃型位錯(cuò)原子結(jié)構(gòu)的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811183635.4
• 申請日: 2018-10-11
• 公開（公告）號: CN109300509A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂柏林;張藝程;蘇輝;高學(xué)朋;吳敏
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧石油化工大學(xué)
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G16C20/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種構(gòu)建刃型位錯(cuò)原子結(jié)構(gòu)的方法。該方法的主要內(nèi)容包括，在給定包含晶體原子結(jié)構(gòu)信息的文件的前提下，利用C/C++語言提取該文件中的晶體原子結(jié)構(gòu)信息，自動(dòng)計(jì)算出在該晶體特定位置特定方位包含擬構(gòu)建刃型位錯(cuò)的原子坐標(biāo)，然后按分子動(dòng)力學(xué)軟件能識別的文件格式輸出數(shù)據(jù)到文件。本發(fā)明可方便快捷地在晶體內(nèi)部任意位置直接構(gòu)建任意位向、任意組態(tài)的一個(gè)或多個(gè)刃型位錯(cuò)，為分子動(dòng)力學(xué)及其它計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對位錯(cuò)行為的精準(zhǔn)研究創(chuàng)造了有利條件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及分子動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種構(gòu)建刃型位錯(cuò)原子結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)

晶體宏觀上的塑性變形實(shí)質(zhì)是位錯(cuò)在外力作用下運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。晶體的生長、形變強(qiáng)化、滯彈性、斷裂、相變、晶體的電磁性能、晶體的光學(xué)性質(zhì)、超導(dǎo)性以及其他許多物理、化學(xué)性質(zhì)都與位錯(cuò)有重要的關(guān)聯(lián)。因此，位錯(cuò)的研究無論對于科學(xué)研究還是實(shí)際應(yīng)用都有著重要意義。實(shí)驗(yàn)上研究位錯(cuò)的方法有浸蝕法、綴飾法、透射電子顯微分析法、X射線衍射分析法、場離子顯微分析法等。這些實(shí)驗(yàn)技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于分析研究位錯(cuò)的密度、分布和組態(tài)以及它們的運(yùn)動(dòng)和交互作用等。但是在原子尺度上的研究（比如位錯(cuò)芯的研究），分子動(dòng)力學(xué)模擬具有重要的地位。各種位錯(cuò)原子結(jié)構(gòu)的直接構(gòu)建有利于分子動(dòng)力學(xué)對位錯(cuò)行為更為精準(zhǔn)的研究。本發(fā)明公開了一種構(gòu)建刃型位錯(cuò)原子結(jié)構(gòu)的方法，解決了分子動(dòng)力學(xué)及其它計(jì)算機(jī)仿真研究中刃型位錯(cuò)建模的問題，本發(fā)明公開的方法可方便快捷地在晶體內(nèi)部任何位置構(gòu)建任意方位、任意組態(tài)的刃型位錯(cuò)，而且可在一個(gè)晶體內(nèi)創(chuàng)建多個(gè)不同位向和組態(tài)的刃型位錯(cuò)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種方便快捷地構(gòu)建刃型位錯(cuò)原子結(jié)構(gòu)的方法，本方法在給定包含晶體的原子結(jié)構(gòu)信息的文件的前提下，使用編程語言提取晶體的原子結(jié)構(gòu)信息，自動(dòng)計(jì)算出在晶體內(nèi)部包含擬構(gòu)建的刃型位錯(cuò)的原子坐標(biāo)，然后按分子動(dòng)力學(xué)軟件能識別的文件格式輸出文件。

本發(fā)明采用的技術(shù)解決方案如下：

步驟一：準(zhǔn)備包含晶體模型原子結(jié)構(gòu)信息的文件。

步驟二：使用編程語言提取上述文件中的原子結(jié)構(gòu)信息，將坐標(biāo)系原點(diǎn)移動(dòng)到擬構(gòu)建的刃型位錯(cuò)線上。旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，使x軸在位錯(cuò)線的滑移方向上，y軸垂直于位錯(cuò)滑移面，然后計(jì)算晶體模型內(nèi)所有原子在新坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。

步驟三：設(shè)定刃型位錯(cuò)周圍晶格扭曲明顯的區(qū)域在x和y方向的范圍為2a×2b，根據(jù)下面的計(jì)算公式計(jì)算晶體模型內(nèi)所有原子在x方向的位移q，y方向和z方向不發(fā)生位移，計(jì)算公式如下：

當(dāng)-a≤x≤a且0≤y≤b時(shí)，q=-d/4×x/a×(1-y/b)，

當(dāng)x>a且0≤y≤b時(shí)，q=-d/4×(1-y/b)，

當(dāng)x<-a且0≤y≤b時(shí)，q=d/4×(1-y/b)，

當(dāng)y>b時(shí)，q=0，

當(dāng)-a≤x≤a且-b≤y<0時(shí)，q=d/2+d/4×x/a×(1+y/b)，

當(dāng)x>a且-b≤y<0時(shí)，q=d/2+d/4×(1+y/b)，

當(dāng)x<-a且-b≤y<0時(shí)，q=d/2-d/4×(1+y/b)，

當(dāng)y<-b時(shí)，q=d/2，

其中，d為擬構(gòu)建位錯(cuò)的Burgers矢量的長度。

步驟四：根據(jù)上面計(jì)算得到的每個(gè)原子的位移值，計(jì)算晶體模型內(nèi)所有原子位移后的坐標(biāo)值，由此在指定的位置構(gòu)建出相應(yīng)位向的刃型位錯(cuò)。

步驟五：按照步驟二的逆向移動(dòng)坐標(biāo)系，使坐標(biāo)系恢復(fù)成原來的位向，為新的操作做準(zhǔn)備。