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Inclination of self-interstitial dumbbells in molybdenum and tungsten; A First-principles study

モリブデンとタングステンにおける自己格子間ダンベルの傾斜; 第一原理計算による研究

鈴土 知明 ; 都留 智仁  

Suzudo, Tomoaki; Tsuru, Tomohito

本研究では、第一原理計算手法を利用して、モリブデン(Mo)とタングステン(W)の自己格子間原子(SIA)を他のBCC遷移金属と比較して解析した。特に、{110}平面上で$$<$$111$$>$$から$$<$$110$$>$$に向かって方向が傾いているダンベルに注目した。このような傾きは、グループ5のBCC金属(つまり、バナジウム,ニオブ,タンタル)でも$$alpha$$鉄では不安定になる。我々の第一原理シミュレーションでは、傾斜したダンベルがMoで$$<$$111$$>$$ダンベルよりもエネルギー的に安定であったが、Wの場合は$$<$$111$$>$$ダンベルがより安定になった。ただし、せん断や膨張などのひずみがある場合には、Wでも傾斜ダンベルがより安定になる可能性が示された。傾斜ダンベルは一般に$$<$$111$$>$$ダンベルよりも大きな移動障壁を持っているため、格子ひずみがこれらの金属のSIAの移動障壁に大きく影響を与える可能性があることを示唆された。

In the current study, we analyzed the self-interstitial atoms (SIAs) in BCC molybdenum (Mo) and tungsten (W) in comparison with other BCC transition metals utilizing first-principles method; particularly, we focused on uncommon dumbbells, whose direction are inclined from $$<$$111$$>$$ toward $$<$$110$$>$$ on the {110} plane. Such a direction is not stable neither in the group 5 BCC metals (i.e., vanadium, niobium, and tantalum) nor in $$alpha$$-iron. Our first-principles relaxation simulations indicated that inclined dumbbells were more energetically-favored than common $$<$$111$$>$$ dumbbells in Mo, while this is not necessarily the case for W. However, under a certain degree of lattice strain, such as shear or expansive strain, could make inclined dumbbells more favored also in W, suggesting that the lattice strain can substantially influence the migration barrier of SIAs in these metals because inclined dumbbells generally have a larger migration barrier than $$<$$111$$>$$ dumbbells.

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