准晶生长的晶体相场模拟

发布时间：2023-02-05 18:55

　　准晶是一种不具备平移对称性,但具有传统晶体不允许的5次或7次以上旋转对称性的固体结构。准晶的发现革新了人们以往将固体的有序等同于周期性的认知。准周期性有序结构的研究在材料科学和凝聚态物理等领域引起了广泛关注。实验上,从以Al基合金体系为代表的埃米尺度量级合金体系到21世纪以高分子自组装为代表的亚微米尺度量级的可控的软物质体系中准晶结构的大量报道,以及解析准周期结构的巧妙数学工具的大力发展,使我们逐渐加深对准晶这种新物态的认识。然而,对精妙的准周期结构的理解仍存在许多疑惑,其中关键的问题之一就是,准晶是如何长大的?本文以探索准晶生长机制为中心组织展开,主体内容如下:计算机模拟手段在近些年被广泛应用于探索准晶的稳定机制。其中,体系含特定比值的双长度尺度被发现是一种强有力的重现准晶结构的关键条件。本文利用含双长度尺度的晶体相场模型具体研究了准晶的完美拼接、随机拼接生长模式,以及一种涉及多个亚稳态的多步形核生长模式。首先,在双模晶体相场模型中,完美拼接和随机拼接两种生长模式可以在不同的温度参数范围下实现,而且可以在不同作用势软硬条件下实现两种模式的相互转变。通过解构体系的自由能为表示无序的理想... 

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 准晶的历史
        1.2.1 准晶的发现
        1.2.2 合金准晶
        1.2.3 软物质准晶
    1.3 准晶的结构
        1.3.1 高维空间分析法
        1.3.2 拼接(tiling)法
        1.3.3 相位子(Phasn)
    1.4 准晶生长机制的探索
        1.4.1 准晶稳定机制:能量驱动vs熵驱动
        1.4.2 准晶生长机制
        1.4.3 非经典形核生长
    1.5 本文主要工作
第二章 晶体相场模型
    2.1 引言
    2.2 晶体相场(Phase Field Crystal,PFC)模型的来源
        2.2.1 唯象的Ginzburg-Landau理论构造方法
        2.2.2 从密度泛函理论到PFC模型
    2.3 PFC模型的发展与应用
        2.3.1 复杂结构的形成
        2.3.2 晶体形核生长
        2.3.3 其他拓展应用
    2.4 双长度尺度模拟准晶
        2.4.1 计算机模拟准晶的探索
        2.4.2 双长度尺度在DFT框架模拟准晶的由来与发展
        2.4.3 其他复杂体系
    2.5 数值解法
        2.5.1 高阶梯度偏微分方程的求解
        2.5.2 周期性边界对准晶模拟的影响
        2.5.3 相图的计算
    2.6 本章小结
第三章 准晶生长模式:完美拼接和随机拼接
    3.1 引言
    3.2 完美拼接和随机拼接
        3.2.1 温度参量变化的影响
        3.2.2 作用势软硬变化的影响
        3.2.3 无规生长前沿与相位子缺陷
    3.3 两种模式的内在关联
        3.3.1 解析体系自由能
        3.3.2 长度尺度的贡献差别对准晶构型的影响
        3.3.3 熵项与相互作用项之间的竞争
    3.4 本章小结
第四章 准晶的多步生长模式
    4.1 引言
    4.2 相图
    4.3 异质形核生长
        4.3.1 单核生长
        4.3.2 准晶核与三角核的竞争生长
    4.4 均质形核生长
        4.4.1 线性稳定性分析
        4.4.2 两种失稳路径
    4.5 “三角相-中间相-准晶相”相转变的结构关联
    4.6 中间相的结构分析
    4.7 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 本文主要创新点
    5.3 未来工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文及取得的其他研究成果



本文编号：3735502