本項(xiàng)研究工作基于原子尺度,采用從頭算分子動(dòng)力學(xué)方法和第一性原理方法對(duì)金屬磁記憶的微觀機(jī)理進(jìn)行了研究。從頭算分子動(dòng)力學(xué)方法,是對(duì)分子作經(jīng)典與量子混合處理的一種方法。在不考慮粒子系統(tǒng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以及晶體發(fā)生相變的條件下,結(jié)合量子統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法,將原子實(shí)運(yùn)動(dòng)的位移由Ewald勢(shì)進(jìn)行描述,由此得到相應(yīng)的Hamilton函數(shù),并因此提出粒子位移型Ising模型。通過(guò)對(duì)Hamilton泛函性質(zhì)的討論,分析了在重整化群變換粗顆�；罅Ｗ游灰菩虸sing環(huán)鏈的自相似性;利用周期性邊界條件,得到了組合Ising環(huán)鏈系統(tǒng)伴隨粒子位移和粒子自旋子系統(tǒng)的Hamilton函數(shù)的統(tǒng)一表達(dá)式;分析了理想和存在點(diǎn)缺陷Ising鏈的配分函數(shù),相應(yīng)的Helmholtz自由能以及Gibbes自由能。在所開(kāi)發(fā)的方法中,鐵原子被處理為全同玻色粒子,粒子自旋的能量是被量子化的,而且粒子的位移如象電子自旋一樣同樣是被量子化的。類似于粒子自旋子系統(tǒng),粒子運(yùn)動(dòng)子系統(tǒng)也具有能量簡(jiǎn)并態(tài),表明整個(gè)系統(tǒng)的量子化特征。用這個(gè)開(kāi)發(fā)出的模型和從頭算分子動(dòng)力學(xué)軟件包VASP分析了一維Ising鏈的磁化強(qiáng)度和磁致伸縮性質(zhì)以及它們隨溫度之間變化的關(guān)系。兩種方法計(jì)算的結(jié)果符合得很好,表明了所開(kāi)發(fā)的模型的有效性。在原子尺度下,Ising環(huán)鏈的磁化強(qiáng)度不僅與系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)有關(guān),而且與粒子數(shù)N有關(guān)。Ising環(huán)鏈在拉伸狀態(tài)下的磁化強(qiáng)度與壓縮狀態(tài)下的磁化強(qiáng)度相當(dāng)不同,原因在于其不同的自旋極化以及由于在不同的應(yīng)力狀態(tài)下所具有的不同“絕熱”效果。與此同時(shí),發(fā)現(xiàn)最鄰近點(diǎn)缺陷處原子磁矩異常增加,這就是金屬磁記憶在微觀尺度下的本質(zhì)特征�；谄矫娌ㄚI勢(shì)方法的第一性原理方法,首先對(duì)受約束和非約束鐵素體超晶胞摻雜碳原子對(duì)磁性的響應(yīng),提出準(zhǔn)鐵素體計(jì)算模型,由此得到鐵素體磁性隨碳原子濃度減少而增加的計(jì)算結(jié)果。在晶體的周期性邊界條件約束下,鐵素體的錯(cuò)配主要發(fā)生在[010]方向上,同時(shí)錯(cuò)配使處于體心上的鐵原子排斥距離增大,在相同的晶面上形成相應(yīng)的Fe-C金屬間化合物。而在非約束條件下[100]和[001]方向出現(xiàn)鐵素體局部區(qū)域中的殘余應(yīng)力。晶格錯(cuò)配導(dǎo)致磁性與應(yīng)力之間的響應(yīng)遠(yuǎn)比鐵素體在機(jī)械加載時(shí)所導(dǎo)致的結(jié)果大,反映出在晶體結(jié)構(gòu)中摻雜碳原子的鐵素體的磁性增強(qiáng)。金屬磁記憶檢測(cè)的漏磁信號(hào)主要來(lái)源于由于材料損傷產(chǎn)生的點(diǎn)缺陷最鄰近原子磁矩的異常分布,并且從計(jì)算結(jié)果可以看出,磁信號(hào)強(qiáng)弱與損傷率之間存在對(duì)應(yīng)響應(yīng)關(guān)系,這是用磁記憶方法探測(cè)材料損傷的理論依據(jù);對(duì)于單晶材料,因原子空位造成的單晶點(diǎn)缺陷,自旋波產(chǎn)生的原子磁矩的漲落是背景噪聲的主要來(lái)源;對(duì)于多晶材料,產(chǎn)生背景噪聲的因素很多,這既包括由自旋波產(chǎn)生的原子磁矩的漲落,也包括多晶材料在結(jié)晶和機(jī)械加工過(guò)程中的產(chǎn)生的原始缺陷,這些缺陷在微觀上數(shù)量眾多,因此構(gòu)成復(fù)合背景噪聲。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG115.28
【部分圖文】：

bL ≤ L（2.62）即對(duì)于 Ising 鏈，重整化群變換后，鏈的長(zhǎng)度不增加。對(duì)應(yīng)于（2.62）式，首先考慮可壓縮映射性，有下式成立( ( ) ( )) ( )1 2 1 2, ,b bρ R X R X ≤ ρX X（2.63）同時(shí)，在數(shù)學(xué)上，總可以找到一個(gè)數(shù)α ，0 ≤ α< 1，使下式成立( ( ) ( )) ( )1 2 1 2, ,b bρ R X R X ≤ αρX X（2.64）因此，重整化群變換 X 空間具有壓縮映射性質(zhì)。⑦二維 Ising 模型的處理對(duì)于 2d-Ising 模型，其 Hamilton 函數(shù)同樣可以由（2.50）表示，但為了使Hamilton 函數(shù)的表示更具有對(duì)稱性，下面對(duì)粒子的位移作如下處理。如圖 2.3 所示，為一正方形平面粒子陣列。如果只討論晶格有變形時(shí)的情況，在保證平面晶格受到外加載荷作用，而不發(fā)生畸變時(shí)，則需保證粒子產(chǎn)生的位移沿晶向指數(shù)[110],[110],[110]和[110]方向，且四個(gè)粒子的位移絕對(duì)值相等。

沿 110 晶格方向觀察晶格的排列及受拉伸壓縮的位移情況，映射到一維，于 V 中討論的情況。因此對(duì)于 2d-Ising 模型，其 Hamilton 函數(shù)可以寫為12 21Nq ij i j i ii j ijβH z K u u R u+< = = ∑ ∑ (2中qz 是晶格離子配位數(shù)，上式中，將應(yīng)變張量或位移矩陣作對(duì)角化處理，則(2就可以按應(yīng)變主方向格式寫出，即與(2.50)式具有相同的格式。⑧三維 Ising 模型的處理對(duì)于 3d-Ising 模型，其 Hamilton 函數(shù)仍然可以由（2.50）表示，同樣為了amilton 函數(shù)的表示具有對(duì)稱性，下面對(duì)粒子的位移作如下處理。如圖 2.5 所示，為一簡(jiǎn)單立方晶格粒子陣列。如果只討論晶格有變形時(shí)的情保證簡(jiǎn)單立方晶格受到外加載荷作用，而不發(fā)生畸變時(shí)，則需保證粒子產(chǎn)生移沿晶向指數(shù)[111]，[111]，[111]，[111]，[111]，[111]，[111]和[111]方八個(gè)粒子的位移絕對(duì)值相等�，F(xiàn)將各位移向量寫為( )1=u u + u +u ，且有u= u= u= u， u =u

1 11 1, ,, ,,sissuiuugi is is s is is si igi iu iu u iu iu ui is u s un n n N nn n n N nN N Nααααe ee ee e e= == == = == = == = + =∑ ∑ ∑∑ ∑ ∑ (2.84)式中 Nu是運(yùn)動(dòng)粒子數(shù)，而 Ns是自旋粒子數(shù)。對(duì)于玻色子系統(tǒng)，全同粒子是不可分辨的，而且每個(gè)狀態(tài)允許填充的粒子數(shù)不受任何限制，根據(jù)表 2.1 的粒子分布，首先計(jì)算電子自旋型 Ising 模型igsin 個(gè)粒子填充在能級(jí)isε 個(gè)量子態(tài)1 2, ,i i igsiψ ψ ψ 中有多少種方式（同構(gòu)地可用同種方法處理粒子位移型 Ising 模型）。設(shè)想將能級(jí)isε 分隔成sig 個(gè)填充空格（如下圖所示），每個(gè)空格代表一個(gè)量子態(tài)，用黑點(diǎn)代表填充的全同玻色粒子。將igsin 個(gè)黑球與 1sig 個(gè)空格間的格柵進(jìn)行排列（圖中設(shè) 7igsin = ， = 5sig ）。圖 2.6 中 5 個(gè)空格表示將能級(jí)分割 5 個(gè)量子態(tài)，每個(gè)量子態(tài)中填充的粒子數(shù)不同。這種不同可以看作是黑球與格柵之間排隊(duì)方式的不同（不計(jì)兩端格柵，參與

【參考文獻(xiàn)】

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2 蹇興亮;周克印;;基于磁場(chǎng)梯度測(cè)量的磁記憶試驗(yàn)[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2010年04期

3 任尚坤;李新蕾;任吉林;肖清云;;金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)的物理機(jī)理[J];南昌航空大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年02期

4 劉紅光;張衛(wèi)民;王朝霞;袁俊杰;;基于磁記憶法的焊接缺陷檢測(cè)技術(shù)研究[J];北京理工大學(xué)學(xué)報(bào);2007年09期

5 宋凱;任吉林;任尚坤;唐繼紅;;基于磁疇聚合模型的磁記憶效應(yīng)機(jī)理研究[J];無(wú)損檢測(cè);2007年06期

6 王丹;徐濱士;董世運(yùn);董麗虹;;關(guān)于金屬磁記憶檢測(cè)中背景磁場(chǎng)抑制的討論[J];無(wú)損檢測(cè);2007年02期

7 仲維暢;;鐵磁性材料中機(jī)械應(yīng)力引起的漏磁場(chǎng)[J];無(wú)損檢測(cè);2007年02期

8 張衛(wèi)民;郭欣;袁俊杰;劉紅光;孫海濤;;金屬試件殘余應(yīng)力及損傷的磁記憶檢測(cè)方法研究[J];無(wú)損檢測(cè);2006年12期

9 王歡;康宜華;;磁記憶現(xiàn)象與應(yīng)力場(chǎng)的關(guān)系[J];無(wú)損檢測(cè);2006年10期

10 李光霽;孫國(guó)豪;潘家禎;;用金屬磁記憶方法進(jìn)行缺陷檢測(cè)[J];華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年08期

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1 陳曦;金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)若干基礎(chǔ)性問(wèn)題的研究[D];南昌航空大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2830892