Eötvös Loránd Tudományegyetem
Természettudományi Kar
Fizikai Intézet

 
   

 

 

 

 

 

mesterszakos diplomatéma részletei

LEZÁRVA!

A kiíró adatai
Név: Böhönyey András
Tudományos fokozat: Dr. Univ.
Intézet: ELTE TTK Bp. XI. Pázmány Péter sétány 1/A
Telefonszám: 37-22-888
Honlap: http://--

 

A mesterszakos diplomatéma:
Címe: Fémüvegek számítógépes szimulációs vizsgálata
A munka jellege: elméleti
Szakterületi besorolás: Anyagtudomány, szilárdtestfizika
A téma rövid leírása: Fémüvegek számítógépes szimulációs vizsgálata


A probléma felvetés

A fémüvegeket olvadékok igen gyors (~105 K/s) hűtésével állíthatjuk elő. A gyors hűtés miatt a folyadék rendezetlensége mintegy belefagy az anyagba: nincs ideje az atomoknak megtalálni az egyensúlyi (kristályos) szerkezetet.

Noha a fémüvegek kutatása mintegy harminc éves múltra tekint vissza, és rendkívül sok kísérleti adat halmozódott fel, mégis igen keveset tudunk ezekről a tudományosan érdekes, és technikailag is ígéretes anyagokról. Ennek valószínűleg az az oka, hogy mind elméletileg, mind kísérletileg igen nehéz közel kerülni a problémához:

- Az elméleti nehézséget főként az adja, hogy nincs hosszú távú rend (elemi cella), de nincs eleve jól meghatározott rövid távú rendű egység sem, mint a kovalens üvegeknél. Így persze a kristályhibák sem definiálhatók a szokásos értelemben, miközben ezek (diszlokációk, külön- böző ponthibák, szemcsehatárok stb.) alapvetően befolyásolják a kristályos anyag - technikai-lag is fontos - tulajdonságait. A probléma tehát a fémüvegek esetén elsősorban fogalmi természetű.

- A kísérleti nehézségek főleg az alapvető fontosságú szerkezet-meghatározásra vonat-koznak: a diffrakciós mérésekből csak párkorrelációs függvényeket tudunk kinyerni, a há-romdimenziós szerkezetre vonatkozólag nincs közvetlen információnk.


A tágabb kutatási terv

Úgy gondoljuk, érdemi előrelépést csak összetett és összehangolt vizsgálatsor adhat:

1.) Számítógépes (molekuladinamikai) szimulációval háromdimenziós, atomi szintű informá-ciókhoz juthatunk.

2.) A kapott modellképet reverzibilis relaxációs kísérletekkel szembesítjük. (DSC, elektromos ellenállás, Curie-pont, Belső súrlódás és dinamikus Young-modulusz ablakon.)

Mindezen vizsgálatokat nagyszámú, szisztematikusan összeállított, egyszerű (jobbára binér vagy ternér) ötvözeteken kívánjuk elvégezni, hogy a szó átvitt -és később taglalt- szoros értelmében feltérképezzük a fémüvegek szerkezetét és dinamikai tulajdonságait.

Új szerkezeti és dinamikai fogalmakat vezetünk be, melyekkel a fémüvegek lényegi szer-kezete (topológiája), és ezzel összefüggő dinamikai sajátságai -reményeink szerint- feltá-rulnak.




A számítógépes szimulációs vizsgálatok

Molekuladinamikai szimulációval atomi szintű háromdimenziós szerkezetet vizsgálhatunk. Bizonyos anyagoknál a modell helyessége, lényegében az atomi potenciál helyessége, a kísérleti parciális eloszlásfüggvényekkel való összehasonlítással ellenőrizhető. Ezért elsősorban ezekkel, vagy ilyen típusú anyagokkal kívánunk foglalkozni. Egy atomi szintű modellben módunk van különböző kémiai- és szerkezeti-topológiai paraméterek definiálására. Ez az atomi koordinációkon keresztül történik, melynek előnye, hogy kis atomelmozdulásra nem változik, tehát a lényegi kapcsolódási sémát fejezi ki. Definiálhatunk egy kémiai topológiai vektort, mely a fémüveg középtávú rendjét tükrözi, és egy szerkezeti vektort az általánosított Voronoi cellán keresztül, mely a szerkezet rövid távú rendjére jellemző. Vizsgáljuk a szabad térfogatot is, számos paraméterrel (térfogat, lapultság, atomszomszédok típusa, stb.). A belső dinamikát a modell atomrendszer sajátrezgéseinek vizsgálatával tárhatjuk fel: definiáltunk lokalizált, lágy, nyíró típusú módusokat, melyek a kísérletileg meghatározható reverzibilis relaxációs atomátmenetekre vezethetnek. Egy számítógépes modellben mód van a kiszemelt, atomátmenetre jelölt módus rezgéseinek filmszerű megjelenítésére (animálásra), ami igen szemléletformáló lehet. Vizsgáljuk az említett paraméterek korrelációját is. Különösen fontosnak tartjuk azon tartományok megkeresését, ahol a rövid távú rend és a középtávú rend "szerkezeti igénye" ellentmondásba kerül (frusztrációs helyek). Ezek a területek lehetnek a "rendezetlen" fémüveg hibahelyei, ahol az atomátmenetek tartományai, a relaxációs centrumok vannak. A fent vázolt, jobbára új paramétereket a méretarány, a rendeződési energia és a koncentráció függvényében ábrázolva a (binér) fémüvegek szerkezeti-dinamikai térképét kapjuk. Mivel a szimuláció módot ad arra, hogy ne csak a kísérletileg éppen elérhető fémüvegeket vizsgáljuk, hanem tetszőleges méretarányú, rendeződési energiájú és koncentrációjú fémüvegét is, ez a térkép az összefüggő paramétertartományokat láthatóvá teszi.
Szükséges előismeretek: A C++ programozási nyelv ismerete, az angol nyelv (olvasási) ismerete
Egyetemi konzulens: --
Tanszék: Anyagfizikai Tanszék

 

 

 

Programozás és grafika:
Pozsgai Péter