[发明专利]一种构建刃型位错原子结构的方法

说明书

本发明公开了一种构建刃型位错原子结构的方法。该方法的主要内容包括，在给定包含晶体原子结构信息的文件的前提下，利用C/C++语言提取该文件中的晶体原子结构信息，自动计算出在该晶体特定位置特定方位包含拟构建刃型位错的原子坐标，然后按分子动力学软件能识别的文件格式输出数据到文件。本发明可方便快捷地在晶体内部任意位置直接构建任意位向、任意组态的一个或多个刃型位错，为分子动力学及其它计算机仿真技术对位错行为的精准研究创造了有利条件。

技术领域

本发明涉及分子动力学仿真技术领域，尤其涉及一种构建刃型位错原子结构的方法。

背景技术

晶体宏观上的塑性变形实质是位错在外力作用下运动的结果。晶体的生长、形变强化、滞弹性、断裂、相变、晶体的电磁性能、晶体的光学性质、超导性以及其他许多物理、化学性质都与位错有重要的关联。因此，位错的研究无论对于科学研究还是实际应用都有着重要意义。实验上研究位错的方法有浸蚀法、缀饰法、透射电子显微分析法、X射线衍射分析法、场离子显微分析法等。这些实验技术被广泛地应用于分析研究位错的密度、分布和组态以及它们的运动和交互作用等。但是在原子尺度上的研究（比如位错芯的研究），分子动力学模拟具有重要的地位。各种位错原子结构的直接构建有利于分子动力学对位错行为更为精准的研究。本发明公开了一种构建刃型位错原子结构的方法，解决了分子动力学及其它计算机仿真研究中刃型位错建模的问题，本发明公开的方法可方便快捷地在晶体内部任何位置构建任意方位、任意组态的刃型位错，而且可在一个晶体内创建多个不同位向和组态的刃型位错。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种方便快捷地构建刃型位错原子结构的方法，本方法在给定包含晶体的原子结构信息的文件的前提下，使用编程语言提取晶体的原子结构信息，自动计算出在晶体内部包含拟构建的刃型位错的原子坐标，然后按分子动力学软件能识别的文件格式输出文件。

本发明采用的技术解决方案如下：

步骤一：准备包含晶体模型原子结构信息的文件。

步骤二：使用编程语言提取上述文件中的原子结构信息，将坐标系原点移动到拟构建的刃型位错线上。旋转坐标系，使x轴在位错线的滑移方向上，y轴垂直于位错滑移面，然后计算晶体模型内所有原子在新坐标系中的坐标值。

步骤三：设定刃型位错周围晶格扭曲明显的区域在x和y方向的范围为2a×2b，根据下面的计算公式计算晶体模型内所有原子在x方向的位移q，y方向和z方向不发生位移，计算公式如下：

当-a≤x≤a且0≤y≤b时，q=-d/4×x/a×(1-y/b)，

当x>a且0≤y≤b时，q=-d/4×(1-y/b)，

当x<-a且0≤y≤b时，q=d/4×(1-y/b)，

当y>b时，q=0，

当-a≤x≤a且-b≤y<0时，q=d/2+d/4×x/a×(1+y/b)，

当x>a且-b≤y<0时，q=d/2+d/4×(1+y/b)，

当x<-a且-b≤y<0时，q=d/2-d/4×(1+y/b)，

当y<-b时，q=d/2，

其中，d为拟构建位错的Burgers矢量的长度。

步骤四：根据上面计算得到的每个原子的位移值，计算晶体模型内所有原子位移后的坐标值，由此在指定的位置构建出相应位向的刃型位错。

步骤五：按照步骤二的逆向移动坐标系，使坐标系恢复成原来的位向，为新的操作做准备。