CHƢƠNG 2 PHƢƠNG PHÁP TÍNH
2.3 Mô phỏng cơ chế khuếch tán vacancy-simplex (bong bóng)
2.3.1 Định nghĩa bong bóng
Trong q tình mơ phỏng, chúng tơi đã chứng minh được sự tồn tại của bong bóng vi mơ trong vật liệu VĐH. Bong bóng cũng được hiểu như simplex nhưng bán kính của quả cầu tròn lớn hớn so với simplex và số nguyên tử lân cận gần nhất nhiều hơn so với simplex. Gọi RB là bán kính của bong bóng (RB > R0), bên trong nó có thể khơng chứa nguyên tử nào hoặc một nguyên tử, hai nguyên tử hay nhiều hơn nữa. Những nguyên tử được gọi là gần bề mặt của quả cầu bong bóng khi nó
nằm ở những vi trí cách tâm của nó một khoảng RB – 0.1 Å và RB + 0.1 Å. Một đặc
điểm khác nhau nữa của bong bóng vi mơ và simplex là số nguyên tử trên bề mặt
a) b)
Thuật toán xác định tập hợp bong bóng vi mơ như sau:
1) Xác định tập hợp tất cả nhóm bốn nguyên tử trong mơ hình đang xét và phải thõa mãn điều kiện khoảng cách giữa hai nguyên tử bất kì phải nhỏ hơn giá trị được chọn trước.
2) Dựng quả cầu trịn RB đi qua bốn ngun tử đó, tìm tâm và bán kính quả
cầu này.
3)Loại bỏ những quả cầu chứa một vài nguyên tử trong khoảng trống bên trong của bong bóng.
4)Tiếp theo xác định những quả cầu bong bóng chứa 5 nguyên tử trở nên (kể cả 4 nguyên tử dựng lúc đầu).
Theo các bước đó chúng tơi thống kê được tập hợp bong bóng vi mơ các loại. Chúng ta có thể thấy rằng bong bóng vi mơ chứa đựng rất nhiều thông tin liên quan đến cấu trúc địa phương của vật liệu VĐH hơn so với vancancy và các loại simplex đã biết.
2.3.2 Cơ chế khuếch tán bong bóng
Điều mà chúng tơi đặc biệt quan tâm đến bong bóng vi mơ là khoảng trống bên trong của chúng, hay chính là bán kính của bong bóng. Khi một trong những nguyên tử gần bề mặt bong bóng (vacancy-simplex) hay nguyên tử trên bề mặt của nó nhảy vào tâm quả cầu bong bóng, hoặc nguyên tử bên trong, nguyên trên bề mặt dịch chuyển ra ngồi thì bong bóng bị phá vỡ, lúc này hiện tượng khuếch tán xảy ra, và sự dịch chuyển của nguyên tử này giống như vacancy trong tinh thể. Đây cũng là điểm khác nhau của khuếch tán simplex và bong bóng. Và đây cũng là điểm khác biệt của simplex và vacancy-simplex, đó là khả năng vỡ của nó trong khi simplex có cấu trúc bền vững hơn.
Để xác định hệ số khuếch tán chính xác hơn, chúng ta phải quan tâm đến khuếch tán theo quan điểm khuếch tán vacancy-simplex. Theo quan điểm này chúng ta dễ dàng nghiên cứu và phân tích cấu trúc địa phương của VĐH. Cách xác định tập hợp thống kê vacancy-simplex đã được trình bày như trên.
Sau khi thống kê xong chúng tôi tiến hành khảo sát vai trò của VS trong quá trình khếch tán. Với mỗi VS chúng tơi xác định sự biến thiên năng lượng của tất cả
các nguyên tử lân cận khi cho chúng dịch chuyển từ vị trí ban đầu vào tâm quả cầu VS, độ dài dịch chuyển là 0.02 Å. Dựa vào đặc tuyến năng lượng này chúng tơi tìm ra số VS tham gia khuếch tán và số VS khơng có khả năng khuếch tán, nguyên tử tương ứng với VS là nguyên tử khuếch tán DA.
Theo kết quả mô phỏng cho biết những VS có bán kình RB lớn thì khả năng
khuếch tán xảy ra dễ dàng hơn những VS có RB nhỏ. Cụ thể RB = 1.9 Å, đóng vai
trò như nút khuyết trong tinh thể (vacancy), còn RB = 1.4 Å hầu như không tham gia
khuếch tán. Khi nguyên tử DA nhảy vào tâm của VS giống như sự phá vỡ bong bóng (collapse of “microscopic bubble”). Kết quả cho thấy kéo theo sự dịch chuyển tập thể của một nhóm các nguyên tử lân cận của DA. Đây là minh chứng cho cơ chế tập thể trong VĐH. Có thể hiểu cơ chế như sau: nguyên tử khuếch tán nhảy vào trong VS đang tồn tại, và sau khi sự nhảy hồn thành thì VS này biến mất. Sau đó kéo theo sự dịch chuyển của các nguyên tử xung quanh nguyên tử khuếch tán (DA). Từ việc dịch chuyển tập thể của nhóm nguyên tử này đã tạo ra VS mới ở đâu đó trong nền VĐH. Như vậy VS không giống chuẩn vacancy trong tinh thể, nó có khả năng biến mất sau khi dịch chuyển một thời gian. Hơn nữa, trong tinh thể sau khi nguyên tử dịch chuyển sẽ để lại một vacancy mới và chỉ duy nhất nguyên tử dịch chuyển được thay đổi vị trí. Đối với VĐH thì khơng có sự để lại VS mới mà nó được tạo thành do hồi phục trong sự sắp xếp lại của các nguyên tử lân cận.
Kết quả còn cho thấy, số VS phụ thuộc vào mức độ hồi phục và mật độ của mơ hình, mơ hình hồi phục kém có số VS lớn hơn so với mơ hình hồi phục tốt. Ngồi ra VS khơng chỉ tồn tại riêng biệt mà tập hợp thành từng đám VS với kích thước, số lượng, hình dạng khác nhau. Những đám VS có kích thước lớn hơn rất nhiều so với VS riêng biệt. Do đó ảnh hưởng vào q trình khuếch tán của những đám VS này cũng rất cao.