[发明专利]螺刃位错交替相接的三角波形位错线原子结构的建模方法

说明书

本发明公开了螺刃位错交替相接的三角波形位错线原子结构的建模方法。该方法的主要内容包括，在给定包含晶体模型原子结构信息的文件的前提下，根据拟构建的螺刃位错交替相接的三角波形位错线原子结构的Burgers矢量、位错线的位置、滑移面、波形的振幅的要求，利用C/C++语言提取文件中的晶体模型原子结构信息，自动计算出包含符合要求的螺刃位错交替相接的三角波形位错线原子结构的晶体模型的原子坐标，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指定位置直接构建指定方位、组态和波形的螺刃位错交替相接的三角波形位错线原子结构，为分子动力学及其它计算机仿真技术对螺刃位错交替相接的三角波形位错线的形态及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，尤其涉及螺刃位错交替相接的三角波形位错线原子结构的建模方法。

背景技术

晶体的塑性变形、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。动态中的位错，波动形状的位错线更接近实际情况，本发明公开了螺刃位错交替相接的三角波形位错线原子结构的建模方法，解决了分子动力学及其它计算机仿真研究中直接构建波动形位错原子结构的问题，本发明公开的方法可方便快捷地在晶体模型内部指定位置直接构建指定方位、组态和波形的螺刃位错交替相接的三角波形位错线原子结构。

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螺刃位错交替相接的三角波形位错线原子结构的方法，本方法在给定包含晶体模型的原子结构信息的文件的前提下，根据拟构建螺刃位错交替相接的三角波形位错线原子结构的Burgers矢量、位错线的位置、滑移面、波形的振幅的要求，使用编程语言提取文件中晶体模型的原子结构信息，自动计算出包含符合要求的螺刃位错交替相接的三角波形位错线原子结构的晶体模型的原子坐标，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。

本发明采用的技术解决方案如下：

设拟构建的螺刃位错交替相接的三角波形位错线经过点P(x_p y_p z_p)，位错的Burgers矢量为[uvw]a，a为晶格常数，滑移面为(hkl)，振幅为A。

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点P处。旋转坐标系，使x轴的正向与[uvw]方向一致，y轴与滑移面(hkl)垂直，z轴由x轴和y轴的矢量叉乘运算得到，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：设位错线周围晶格扭曲较明显的区域在y和z方向的范围为以位错中心为圆心的直径为2r₀的圆。为构建螺刃位错交替相接的三角波形位错线原子结构，晶体模型内的原子要进行相应的位移，本方法根据螺刃位错交替相接的三角波形位错线周围原子分布的特点，提出以下计算位移的公式，设原子在x方向的位移为q，y方向和z方向不发生位移，计算公式如下：

设：d=a (u²+v²+w²)^1/2，

m=floor(x/(2×2^1/2A))，（公式中floor符号的含义是求出不大于括号内的值的最大整数）