Minimum energy motion and core structure of pure edge and screw dislocations in aluminum

アルミニウムの刃状・らせん転位の最小エネルギー運動と転位芯構造

都留 智仁   ; 加治 芳行  ; 渋谷 陽二*

Tsuru, Tomohito; Kaji, Yoshiyuki; Shibutani, Yoji*

塑性変形の基礎メカニズムである転位の運動の最小エネルギーの運動と転位芯構造について、原子論的状態遷移解析を用いて検討を行った。従来のPeierls-Nabarroモデルなどの解析モデルでは、転位の一次元運動を仮定しており、Peierlsポテンシャルの正当な評価が困難であるため、転位の運動に伴う構造緩和を考慮することが必要となる。本研究では、刃状転位とらせん転位の準静的な運動に対して、並列計算を用いた状態遷移解析を行い、すべての自由度を考慮した再安定の最小エネルギー経路を評価した。その結果、転位芯はジグザグに運動することにより、最小のパイエルスポテンシャルを生じることがわかった。そして、広範囲の弾性場に加えて短距離の原子の再配列が、実際の転位の運動を再現するうえで重要であることを示した。

The minimum energy motions of pure edge and screw dislocations in aluminum were investigated by atomistic transition state analysis. While the Peierls-Nabarro model and its modifications duplicate the essential nature of a dislocation within a crystalline lattice, the atomic-level relaxation of the dislocation core should be considered to estimate the minimum energy barrier. In this study, the minimum energy barriers and core structures for the quasi-static motions of pure edge and screw dislocations were investigated by the parallelized nudged elastic band method with the embedded atom method potential. We found that the local potential energy is distributed asymmetrically around the dislocation line for the most stable state and that it is bilaterally symmetrical at the transition state of the dislocation motion. The short-ranged structural relaxation of the core rearrangement as well as the wide-ranging elastic stress field is of great importance in realistic dislocation motion.