位錯扭折的晶格理論

《位錯扭折的晶格理論》是依託重慶大學，由王少峰擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：位錯扭折的晶格理論
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王少峰
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

位錯扭折是位錯的一個基本現象。正反扭折構成的扭折對及其動力學行為是共價鍵半導體和高Peierls應力金屬材料塑性的微觀根源。長期以來，位錯扭折理論建立在彈性連續介質理論基礎上，無力研究扭折和與扭折結構有關的諸多性質。本項目在普遍的位錯晶格理論的基礎上研究扭折的結構、扭折的形成能、扭折的Perierls-Nabarro勢壘，以及外場作用下扭折對的動力學。建立扭折晶格理論，揭示扭折的微觀物理，加深對扭折的認識和理解。

結題摘要

扭折是位錯的一個基本現象,是位錯的拓撲缺陷。位錯扭折存在的根源來自於晶體結構的離散性。如果忽略晶體離散性，把晶體近似為連續介質，扭折將不能穩定存在。由正反扭折構成的扭折對及其動力學行為是共價鍵半導體和高Peierls 應力金屬材料塑性的微觀根源。位錯扭折的晶格理論項目的研究歷時三年，項目組取得的研究結果主要有：1.澄清了位錯結構與位錯產生的場（兩者都是位移）的區別，明瞭了位錯結構的準確概念，並完成了確定位錯結構的基本方程，給出了位錯方程中相關物性常數和物理量的第一性原理（電子密度泛函理論）計算方案，完整地建立了可以描述位錯結構、性質以及動力學行為的理論框架。2.在以實體位錯結構作為場源的統一位錯場論框架內建立了扭折的剛性位錯芯模型和扭折的動力學方程，完成了位錯扭折理論的新突破。3. 在基於新扭折理論的研究中，我們發現荷共厄變換下，混合位錯的扭折不具有對稱性。在扭折的能量中，存在與扭折拓撲荷成比例的部分，我們稱之為灰能量（Grey energy）。這部分灰能量與扭折的結構細節無關，只與扭折的拓撲有關，它破壞荷共厄對稱性。扭折灰能量的存在有可能使得扭折的形成能變為負值，從而自發地（在邊界）產生扭折，導致位錯線與Burgers矢量的夾角變小，即位錯向螺旋位錯轉變。這可以解釋了為什麼Fe、Ta、Mo等BCC晶體中大都是螺旋位錯，而Cu、Ag、Si等材料中卻是混合位錯或刃位錯。4. 提出γ-勢概念，建議用γ-勢確定位錯結構的基本方程中的一個重要部分是兩個半無限晶體之間的非線性相互作用，進一步完善位錯理論。我們利用γ-勢精確預言了石墨烯中位錯的結構。 通過基金委對於位錯理論研究方向的持續資助，我們形成了穩定的研究隊伍，解決了一系列理論問題，發展了位錯扭折理論，完成了預期目標。本次資助項目我們共發表論文20篇，均被SCI檢索，項目完成過程中，培養博士3人（王銳，叢楊，李紹蓉），碩士1人。