과학연구

금속재료에서 원자들사이의 호상작용힘을 결정하는 새로운 방법

 2017.10.18.

김일성종합대학 에네르기과학부에서는 금속재료에서 원자들사이의 호상작용힘을 보다 정확히 결정하는 새로운 방법을 제기하여 금속재료의 특성에 대한 모의와 재료설계를 보다 과학적으로 할수 있게 하였다.

원자들사이의 호상작용힘을 결정하는 삽입원자방법(EAM)은 금속재료의 특성계산에서 편리하고 실험과 잘 일치하는 결과들을 주는것으로 하여 지난 30여년동안 광범히 연구되였다. 1983년 Daw와 Baskes에 의하여 제기된 이 방법은 Johnson, Baskes, Zhang 등에 의하여 크게 개선되였다.

그러나 이 개선된 방법들에 의하여서도 금속재료들의 몇가지 특성들을 정확히 평가하지 못하였다.

이러한 결함을 극복하기 위한 연구과정에 앞에서 제기된 방법들의 결함을 완전히 극복하고 금속재료에서 원자들사이의 호상작용힘을 정확히 결정할수 있는 새로운 방법을 내놓게 되였다.

첫째로, 여러 구조들사이의 결합에네르기차에 대한 모의결과가 실험값과 일치하지 않는것을 해결하기 위하여 원자들사이의 호상작용힘의 결정에 들어가는 입구자료에 이 에네르기차들중의 하나를 포함시켰다. 마감처리함수를 받아들임으로써 두개의 원자들사이의 호상작용힘을 표현하는 함수안의 두개의 모형파라메터들이 여분으로 되며 이 두 파라메터들중의 하나를 조절하여 구조에네르기차에 맞추기하였다. 다른 하나의 파라메터를 조절하여 음량자의 분산특성에 대한 실험값에 맞추기할수 있다.

둘째로, 새로운 방법으로 체심립방구조의 과도금속들의 구조안정성을 연구하였다. 일정한 체적조건에서 세가지 전형적인 구조들사이의 결합에네르기차를 계산하고 결합에네르기와 체적사이의 관계를 모의하였다. 크롬에 대하여 Rose방정식과의 일치정도가 크게 개선되였다. 구조안정성에 대한 모의결과는 실험자료와 다른 연구결과들과 잘 일치한다.

셋째로, 체심립방과도금속들인 크롬, 철, 몰리브덴, 니오비움, 탄탈, 바나디움, 월프람에 대하여 새로운 방법으로 단 및 쌍빈살창점형성특성, 음량자분산특성을 연구하였다. 또한 온도에 따르는 정적비열 및 열팽창률변화특성, 데바이온도와 그뤼나이젠곁수와 같은 열적특성들을 연구하였다. 다음 분자동력학적모의로 빈살창점형성 및 이행과정에서 결정의 완화특성까지 고려하여 실험과 잘 일치하는 결과들을 얻음으로써 새 방법의 정확성을 검증하였다.