과학연구

해석형삽입원자방법에서 체심립방결정구조를 가진 탄탈의 전자밀도함수와 삽입에네르기함수의 개선에 대한 연구

 2023.9.4.

위대한 령도자 김정일동지께서는 다음과 같이 교시하시였다.

《새로운 과학기술분야를 개척하기 위한 사업도 전망성있게 밀고나가야 합니다. 나라의 과학기술을 세계적수준에 올려세우자면 발전된 과학기술을 받아들이는것과 함께 새로운 과학기술분야를 개척하고 그 성과를 인민경제에 적극 받아들여야 합니다.》 (김정일전집》 제38권 315페지)

삽입원자방법은 편리성과 정확성으로 하여 재료물성에 대한 계산에 많이 리용되고있다. 삽입원자방법에서는 직접 량자력학적계산을 하지 않고 원자계의 매 원자를 기타 원자들로 조성된 기질속에 삽입한 혼입물원자로 보고 계의 에네르기를 삽입에네르기와 2체포텐샬에네르기의 합으로 표시한다.

재료물성모의의 정확성과 적용의 편리성을 높이는 과정에 삽입에네르기와 2체포텐샬에네르기에 대한 해석적모형이 제기되였다. 또한 전자밀도분포의 비대칭성을 고려하기 위한 연구도 진행되였다. 해석형삽입원자방법에서 리용되는 기본함수들은 일련의 결함을 가지고있다. 전자밀도함수는 절단반경에서 불련속성이 나타나며 결정에서 원자사이거리가 변할 때 전자분포의 변화특성을 전혀 고려하지 못하였다. 또한 전자밀도가 령으로 수렴할 때 삽입에네르기함수의 1계도함수가 무한대로 발산하며 전자밀도가 커질 때 삽입에네르기함수에서 변곡점이 생기는 심중한 결함이 나타난다. 이것은 실험적인 관측 및 량자력학적인 계산결과와 모순되며 이 방법의 정확성을 떨어뜨리는 중요한 원인으로 된다.

최근 김일성종합대학 에네르기과학부에서는 해석형삽입원자모형의 전자밀도함수와 삽입에네르기함수에서 나타나는 비물리적인 경향성을 극복할수 있도록 함수형식을 개선하고 넓은 체적변화구간에서 적용할수 있도록 확장된 모형에 기초하여 널리 응용되고있는 체심립방금속인 탄탈의 여러가지 물리적성질을 모의평가하였다.

그라프
그림. 체심립방금속 Ta에 대한 삽입원자모형의 2체포텐샬함수, 전자밀도함수, 삽입에네르기함수, 보정에네르기함수의 그라프

그림에서는 체심립방금속 Ta에 대한 삽입원자모형의 기본함수들인 2체포텐샬함수, 전자밀도함수, 삽입에네르기함수, 보정에네르기함수의 그라프를 보여준다. 기본함수들의 변화특성은 실험적인 관측 및 량자력학적인 고찰결과에 부합된다. 기본함수뿐만 아니라 그의 도함수들도 절단반경근방을 포함한 변화의 전구간에서 련속성이 보장된다. 이것은 결정된 삽입원자모형파라메터들이 물리적으로 타당하며 물성모의에 대한 적용이 가능하다는것을 의미한다.

우리의 연구결과들은 잡지 《International Journal of Thermal Physics》에 《Extended Analytic Embedded Atom Model for BCC Tantalum and Its Application to Determination of Gibbs Free Energy and Thermal Equation of State》(https://doi.org/ 10.1007/s10765-022-03107-9)의 제목으로 발표되였다.