Межзеренные границы в минералах: атомная структура, фазовые переходы и влияние на прочность поликристаллов
Мазитов А. Б., Оганов А. Р.
Записки РМО. 2021. Т. 150. № 5. С. 92-102
https://doi.org/10.31857/S086960552105004X
Язык: Английский
Аннотация
Межзеренные границы (МЗГ) и интерфейсы в поликристаллических материалах являются важными объектами исследований в области материаловедения. Несмотря на более чем 50-летнюю историю их изучения, в данной области остается еще много открытых вопросов. Основной проблемой при изучении структур межзеренных границ является чрезвычайная сложность их экспериментального и теоретического наблюдения и описания. Наличие фазоподобных состояний на границах зерен, называемых комплексиями, лишь усугубляет процесс из изучения. В данной работе мы демонстрируем влияние границ зерен на свойства поликристаллических минералов на примере границы ∑5(310)[001] в периклазе (MgO). Используя комбинацию специально адаптированного под эти цели эволюционного алгоритма USPEX и современных межатомных потенциалов на основе машинного обучения, исследуется конфигурационное пространство указанной межзеренной границы и прогнозируются ее возможные фазовые состояния. В дополнение к широко изученной структуре в модели решетки совпадающих узлов было обнаружено несколько стабильных фаз МЗГ с различными атомными плотностями на плоскости границы. Анализ избыточного объема предсказанных структур границ зерен выявил последовательные стадии разрушения МЗГ при растяжении, приложенном в нормальном направлении к плоскости границы. Наши результаты демонстрируют, что химическое поведение границ зерен и их структурное разнообразие могут быть удивительно богатыми даже в, казалось бы, простых и тщательно исследованных материалах. Явления, которые мы наблюдаем здесь, не являются специфическими для MgO и должны иметь общий характер.
Ключевые слова: предсказание кристаллической структуры, межзеренные границы, комплексии межзеренных границ, машинное обучение, потенциал межатомного взаимодействия, теория функционала плотности
