Effektive Potenziale für komplexe metallische Phasen

Abstract

Die Xi-Phasen des Aluminium-Palladium-Mangan (AlPdMn) sind Approximanten für einen dekagonalen Quasikristall mit einer Gitterkonstanten von 1.6 nm in der periodischen Richtung. Diese Systeme können jedoch aufgrund ihrer Größe nicht mit ab-initio-Methoden berechnet werden, die Einheitszellen dieser Phasen umfassen jeweils mehrere hundert Atome. Aus diesem Grund ist man für Molekulardynamiksimulationen auf die Verwendung effektiver Potenziale angewiesen.

In dieser Arbeit werden die dazu benötigten Potenziale mit Hilfe der Force-Matching-Methode erzeugt. Dabei werden die Parameter eines Potenzials so angepasst, dass sie die quantenmechanisch berechneten Referenzdaten wie Kräfte, Energien und Spannungen möglichst gut wiedergeben können. Das Programm potfit wurde um die Möglichkeit erweitert, die Parameter analytischer Potenziale zu optimieren. Es wurden neue analytische EAM-Potenzialmodelle entwickelt und an verschiedenen metallischen Systemen ausführlich getestet.

Für die Systeme Magnesium-Zink und Aluminium-Palladium wurden verschiedene Potenziale erzeugt und miteinander verglichen. Für die Xi-Phasen des Aluminium-Palladium-Mangan, insbesondere xi und xi', wurden Potenziale erzeugt, die für die Strukturoptimierung verwendet werden. Die ab-initio berechneten Referenzdaten können dabei sehr gut reproduziert werden.

The Xi-phases of aluminum-palladium-manganese (AlPdMn) are approximants of a decagonal quasicrystal with a lattice constant of 1.6 nm in the periodic direction. These systems can, however, due to their size, not be calculated with ab initio methods, the unit cell of these phases each comprises several hundred atoms. For this reason, we have to rely on molecular dynamics simulations with effective potentials.

In this work the potentials needed are generated using the force-matching method. The parameters of a potential are adjusted in a way that they can reproduce the calculated quantum mechanical reference data like forces and stresses as well as possible. The Potfit program was expanded to include the ability to determine the parameters of an analytic potential. New analytic EAM potential models were developed and extensively tested in various metallic systems.

For the systems magnesium-zinc and aluminum-palladium different potentials were generated and compared. For the Xi-phases of the aluminum-palladium-manganese system, in particular, xi and xi ', potentials were generated, which are used for structural optimization. The ab initio calculated reference data is well reproduced by these potentials.