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A new method for the simulation of alloys: Application to interfacial segregation

1991; Elsevier BV; Volume: 39; Issue: 12 Linguagem: Inglês

10.1016/0956-7151(91)90040-8

1873-2879

R. Najafabadi, H. Y. Wang, David J. Srolovitz, R. LeSar,

Theoretical and Computational Physics

We present a new, accurate method for determining the properties of defects in alloys at finite temperature, including equilibrium segregation. This method is based upon a point approximation for the configurational entropy, an Einstein model for vibrational contributions to the free energy and may be employed with any type of description of atomic interactions. The atomic structure, segregation and thermodynamics of a defect in an alloy is determined by minimizing the free energy with respect to atomic coordinates and composition of each site at constant chemical potential. In order to test the accuracy of this approach, we compare our results with accurate Monte Carlo determinations. Overall, very good agreement for segregation to free surfaces and grain boundaries in CuNi alloys is obtained. One of the main advantages this new method enjoys over other methods such as Monte Carlo, is the efficiency with which the atomic structure of a defect, segregation and thermodynamic properties can be determined. This efficiency is obtained in the framework of a very straightforward method and with little loss in accuracy. Nous présentons une méthode nouvelle et précise pour déterminer les propriétés des défauts dans les alliages à une température donnée, y compris la ségrégation à l'équilibre. Cette méthode est basée sur une approximation par points de l'entropie de configuration, un modèle d'Einstein pour les contributions vibrationnelles à l'énergie libre, et elle peut être utilisée pour n'importe quel type de description des interactions atomiques. La structure atomique, la ségrégation et la thermodynamique d'un défaut dans un alliage sont déterminées en minimisant l'énergie libre par rapport aux coordonnées atomiques et à la composition de chaque site à potentiel chimique constant. Pour tester la précision de cette approche, nous avons comparé nos résultats à des déterminations de Monte Carlo précises. L'accord est très bon pour la ségrégation vers les surfaces libres et les joints de grains dans les alliages CuNi. L'un des principaux avantages offerts par cette nouvelle méthode, par rapport à d'autres méthodes telles que celle de Monte Carlo, est l'efficacité avec laquelle on peut déterminer la structure atomique d'un défaut, la ségrégation et les propriétés thermodynamiques. Cette efficacité est obtenue dans le cadre d'une méthode très directe et en perdant peu de précision. Wir stellen eine neue genaue Methode zur Bestimmung der Defekteigenschaften in Legierungen bei endlichen Temperaturen einschlißlich der Gleichgewichtssegregation vor. Dieses Verfahren beruht auf einer Punktnäherung für die Konfigurationsentropie, einem Einstein-Modell der Schwingungsbeiträge zur freien Energie, und kann bei jeder Beschreibungsart der atomaren Wechselwirkung benutzt werden. Atomare Struktur, Segregation und Thermodynamik eines Defektes werden durch Minimalisierung der freien Energie hinsichtlich der Atomkoordinaten und der Zusammensetzung jedes Ortes bei konstantem chemischen Potential bestimmt. Um die Genauigkeit dieser Näherung zu bestimmen, vergleichen wir unsere Ergebnisse mit genauen Monte-Carlo-Simulationen. Insgesamt stimmen die Ergebnisse für Segregation an freie Oberflächen und an Korngrenzen in CuNi-Legierungen sehr gut überein. Einer der Hauptvorteile dieser neuen Methode gegenüber anderen, wie etwa der Monte-Carlo-Rechnungen, ist die Effektivität, mit der die atomare Struktur eines Defektes, die Segregation und die thermodynamischen Eigenschaften bestimmt werden kann. Diese wird im Rahmen eines sehr einfachen Verfahrens ohne großen Genauigkeitsverlust erreicht.