稀有氣體晶體中位錯(cuò)的理論研究.pdf

1、稀有氣體晶體是一種原子間相互作用最簡單的晶體材料，也是理論和實(shí)驗(yàn)研究最為廣泛的基本晶體之一。從上世紀(jì)中葉以來，物理學(xué)家對(duì)稀有氣體晶體進(jìn)行了大量研究。由于稀有氣體晶體原子保持了核外滿殼層的電子結(jié)構(gòu)，與其他晶體材料相比，原子間的相互作用非常簡單。然而，隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，對(duì)稀有氣體晶體中原子相互作用精度要求越來越高，在實(shí)驗(yàn)上也期望能夠獲得更為精確的數(shù)據(jù)以相互比較。對(duì)稀有氣體晶體的研究現(xiàn)狀作以調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，對(duì)稀有氣體晶體中缺陷的研究主要集中在稀

2、有氣體薄膜材料中，對(duì)晶體中的位錯(cuò)缺陷卻沒有足夠的認(rèn)識(shí)。經(jīng)典的位錯(cuò)模型（Peierls-Nabaro,簡稱 P-N模型）能夠定量的給出位錯(cuò)芯寬度和Peierls應(yīng)力，但是該模型是建立在彈性理論基礎(chǔ)上，不能夠反映出晶格的離散效應(yīng)對(duì)位錯(cuò)性質(zhì)的影響，目前基于晶格動(dòng)力學(xué)的全離散位錯(cuò)晶格理論已基本建立起來，彌補(bǔ)了原始 P-N模型的不足。本文的主要研究任務(wù)是把考慮了離散效應(yīng)修正的位錯(cuò)晶格理論應(yīng)用于稀有氣體晶體中的位錯(cuò)，在討論稀有氣體晶體中位錯(cuò)性質(zhì)的同

3、時(shí)，進(jìn)一步加深對(duì)位錯(cuò)方程中有關(guān)參數(shù)物理意義的理解。
　　本文運(yùn)用 Lennard-Jones對(duì)相互作用勢描述原子間的相互作用，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算了四種稀有氣體晶體（氖、氬、氪、氙）的體彈性常數(shù)和孤立單一密排面的彈性常數(shù)，從而得到了位錯(cuò)方程中描述離散效應(yīng)的二階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)系數(shù)以及各向異性情況下的能量因子，分析推導(dǎo)了描述稀有氣體晶體密排面的廣義層錯(cuò)能的函數(shù)表達(dá)式以及解析的Fourier函數(shù)表達(dá)式，對(duì)數(shù)值方法解進(jìn)行了擬合，給出了針對(duì)稀有氣體晶體

4、的力律修正因子，最終得到了位錯(cuò)寬度和相應(yīng)的Peierls應(yīng)力，結(jié)果表明Peierls應(yīng)力在離散效應(yīng)修正下變小，達(dá)到10-7數(shù)量級(jí)，位錯(cuò)也相應(yīng)展寬。
　　本文研究的主要內(nèi)容包括五部分，第一部分包含1、2兩節(jié)，第1節(jié)主要是對(duì)稀有氣體晶體的研究背景作了簡要介紹，第2節(jié)對(duì)稀有氣體晶體中的位錯(cuò)和位錯(cuò)方程進(jìn)行了介紹。第二部分是對(duì)稀有氣體晶體的體彈性常數(shù)和孤立單一密排面的彈性常數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。第三部分計(jì)算了稀有氣體晶體密排面的廣義層錯(cuò)能面，以及利