Al表面的“类液”结构及其自扩散通道  

Liquid-like structure and self-diffusion channels on Al surfaces

作　　者：汤富领[1,2] 陈功宝[1,2] 谢勇[1] 路文江[2] 

机构地区：[1]兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点实验室,兰州730050 [2]兰州理工大学材料科学与工程学院,有色金属合金及加工教育部重点实验室,兰州730050

出　　处：《物理学报》2011年第6期564-571,共8页Acta Physica Sinica

基　　金：国家科学自然基金(批准号:10964003);甘肃省自然科学基金 (批准号:096RJZA102);高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20096201120002);中国博士后科学基金(批准号:20100470886)资助的课题~~

摘　　要：应用分子动力学方法,采用嵌入势模型在熔点下和熔点上对Al(001),(110)和(111)表面的原子结构和自扩散现象进行研究.发现这些表面的第一层原子在低于熔点时,Al(110)面在700±10K,Al(001)面在860±10K,Al(111)面在930±10K呈现明显自扩散且最终转变为"类液"结构,而其余各层仍保留有序状态.对这种"类液"结构进行均方位移、结构有序参数、径向分布函数和z向粒子密度分析,发现其结构和扩散行为与熔化的Al表面不同,并能在一定温度区间稳定存在.在"类液"结构中,自扩散发生在第一层原子,且绝大多数发生在与表面平行而非垂直的方向上;一部分扩散发生在原表面的最外层内,更多的扩散发生在原表面的最外层之外.3个"类液"表面的主要扩散通道不同:Al(110)面主要在表面之上沿[001]方向、Al(001)面沿[110]和[110]方向扩散的概率大致相同,Al(111)面沿[110],[101]和[011]方向扩散的概率大致相同.在"类液"结构中没有发现层间扩散.Molecular dynamics simulation with embedded atom method potentials is performed to study the atomic structure and self-diffusion on three aluminum surfaces：（001）,（110） and（111）.Using mean-square displacement,structure ordering parameter,radial-distribution function and z-direction density,we find that their atoms on the first layer present obvious self-diffusion then change into liquid-like structure under melting points：Al（110） at 700±10 K,Al（001） at 860±10 K,and Al（111） at 930±10 K.In the liquid-like structure,self-diffusions always take place on the first layer of the original surface along the direction parallel rather than vertical to the surface：some of the diffusions occur on the outermost layer and more diffusions occur outside the original surface.The main diffusion channels of the three surfaces are different：along [001] on Al（110）,[110] and [110] on Al（001）,and [110],[101] and [011] on Al（111）.No inter-layer diffusion takes place in liquid-like structure,which is different from in the liquid structure of melted surface.

关 键 词：表面结构 分子动力学 自扩散 

分 类 号：O485[理学—固体物理]