2-4 июня 2015, г. Омск
24 Всероссийская конференция по численным методам решения задач теории упругости и пластичности

Демьяненко А.М.   Головнев И.Ф.   Фомин В.М.  

Расчет «холодных» составляющих уравнений состояния карбида титана методом молекулярной динамики

Докладчик: Демьяненко А.М.

Так как формирование наноструктур в современных нанотехнологиях, так и дальнейшее их функциональное использование часто сопровождается значительными температурными нагрузками (например, прохождение тока через контакты в микроэлектронных схемах). В связи с этим возникла необходимость исследования термодинамических свойств наноструктур. Наиболее обоснованный подход к получению уравнения состояния произвольной системы, находящейся в термодинамическом равновесном состоянии, дает статистическая физика. Зная функцию Гамильтона системы можно найти свободную энергию либо внутреннюю энергию. Зная эти термодинамические функции, можно описать все термодинамические характеристики системы, в том числе и получить уравнение состояния. Однако пройти этот путь до конца удалось лишь для расчета термодинамики газов. Для твердых тел этот подход использовали Ми и Грюнайзен, рассматривая тело как систему классических осцилляторов. Хотя теория Ми и Грюнайзена не позволила рассчитать термодинамику твердых тел из первых принципов, но она дала структуру термического и калорического уравнений состояния. Это позволило построить молекулярно-динамический подход для расчета термодинамики твердотельных наноструктур и, в конечном итоге, используя свойства скейлинга, макроскопических твердых тел.
Взаимодействие атомов в системе описывается с помощью многочастичного потенциала, разработанного на основе модифицированного метода погруженного атома с учетом ближайших соседей второго порядка. Расчеты проводились с помощью свободно распространяемого пакета программ молекулярно-динамического моделирования Lammps.
В работе проведен расчет холодных составляющих (при нулевой температуре) термического и калорического уравнений состояния карбида титана. Из кристалла идеальной кристаллической структуры B1 карбида титана строился кластер сферической формы. Разделение на поверхностные и объемные атомы велось по количеству ближайших соседей. Так как наноструктура обладает чрезвычайно развитой поверхностью, то в результате построенный кластер не лежит в минимуме потенциальной энергии. Таким образом на следующем этапе находился минимум потенциальной энергии системы с помощью метода искусственной вязкости. Для моделирования изотермического процесса сжатия (растяжения) наноструктуры а качестве внешнего параметра задавалось давление P0 на поверхности. Для гашения ударно-волновых процессов в сфере применялся метод линейного нарастания сил, действующих на поверхностные атомы, от нуля до заданного значения и искусственная вязкость.

Файл тезисов: Демьяненко.doc


К списку докладов