postgraduate student of Chair of general physics, junior researcher of Laboratory “Physics of Non-Crystalline Materials”
аспирант кафедры общей физики, младший научный сотрудник лаборатории «Физика некристаллических материалов»
PhD (Physics and Mathematics), Associate Professor, assistant professor of Chair of general physics, senior researcher of Laboratory “Physics of Non-Crystalline Materials”
кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры общей физики, старший научный сотрудник лаборатории «Физика некристаллических материалов»
PhD (Physics and Mathematics), assistant professor of Chair of general physics, senior researcher of Laboratory “Physics of Non-Crystalline Materials”
кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общей физики, старший научный сотрудник лаборатории «Физика некристаллических материалов»
Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), Professor, Head of Chair of general physics, chief researcher of Laboratory “Physics of Non-Crystalline Materials”
доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой общей физики, главный научный сотрудник лаборатории «Физика некристаллических материалов»
PhD (Physics and Mathematics), senior researcher
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник
The paper covers the study of microscopic mechanisms of melting of metals and the structural relaxation of metallic glasses. Despite the extensive efforts and numerous important results obtained in this field, this task does not have a generally accepted final solution. One of the main issues is the microscopic nature of structural defects in metallic glasses – the nanosized regions, which are responsible for the evolution of their physical properties under the external influence.
The interstitialcy theory (IT) proposed by Granato provides the advanced interpretation of nature of such defects. The interstitialcy theory is based on the unique hypothesis of the interstitialcy mechanism for melting of metals and associates heat effects in the glass with the shear elasticity of a maternal crystal.
The experimental study and computer simulation of the diaelastic effect near the melting temperature Tm of crystalline aluminum provided a strong evidence of the avalanche generation of interstitial dumbbells near Tm. In this work, the authors carried out the computer simulation to check the presence of interstitial dumbbells (or similar atomic structures) in the solid glassy state produced in the result of melt- quench.
The computer simulation shows that the amorphous aluminum produced by rapid melt quenching contains a significant number of “defects” similar in their properties to the interstitial dumbbells in the crystalline state. Although these “defects” do not have any well-defined uniform topological structure, unlike the defects of crystal, and they can be exactly identified by their basic properties – high sensitivity to shear stresses and typical low/high-frequency peculiarities of the spectrum of the vibrational density of states of the “defective” atoms.
Using the methods of molecular dynamics and statics, it is shown that the solid non-crystalline aluminum contains the specific atomic configurations similar to the interstitial dumbbells in the crystalline state, which can be considered as the amorphous structure “defects”.
Работа посвящена исследованию микроскопических механизмов плавления металлов и структурной релаксации металлических стекол. Несмотря на обширные усилия и многочисленные важные результаты, полученные в этой области, эта задача не имеет общепринятого окончательного решения. Одним из основных вопросов является микроскопическая природа структурных дефектов в металлических стеклах – наноразмерных областей, которые ответственны за эволюцию их физических свойств при внешнем воздействии. Наиболее перспективную интерпретацию природы таких дефектов дает межузельная теория, предложенная Гранато. Межузельная теория основывается на уникальной гипотезе о межузельном механизме плавления металлов и связывает тепловые эффекты в стекле со сдвиговой упругостью материнского кристалла.
Экспериментальное исследование и компьютерное моделирование диаэластического эффекта вблизи температуры плавления Tm кристаллического алюминия послужили убедительным свидетельством лавинообразной генерации межузельных гантелей вблизи Tm. В настоящей работе было выполнено компьютерное моделирование, направленное на проверку наличия межузельных гантелей (или подобных им атомных структур) в твердом стеклообразном состоянии, полученном закалкой расплава.
Компьютерное моделирование показало, что аморфный алюминий, полученный быстрой закалкой расплава, содержит значительное количество «дефектов», аналогичных по своим свойствам межузельным гантелям в кристаллическом состоянии. Хотя эти «дефекты» не имеют четкой единообразной топологической структуры в отличие от дефектов кристалла, они могут быть однозначно идентифицированы по своим основным свойствам – высокой чувствительности к сдвиговым напряжениям и характерным низкочастотным/высокочастотным особенностям спектра колебательной плотности состояний «дефектных» атомов.
Методами молекулярной динамики и статики показано, что твердый некристаллический алюминий содержит специфические атомные конфигурации, подобные межузельным гантелям в кристаллическом состоянии, которые можно считать «дефектами» аморфной структуры.