First-principles atomic level stresses; Application to a metallic glass under shear

第一原理原子レベルの応力; せん断下の金属ガラスへの適用

Lobzenko, I.   ; 都留 智仁   ; 椎原 良典*; 岩下 拓哉*

Lobzenko, I.; Tsuru, Tomohito; Shiihara, Yoshinori*; Iwashita, Takuya*

金属ガラス(MG)は、高い機械的強度、硬度、優れた耐食性などの独自の特性を備えており、結晶系の金属に対する異なる特性を有している。MGは、結晶格子を持つ合金とは異なり特徴的な欠陥構造は存在しないが、弾性に近い状態であっても、機械的変形に対して非常に不均一な応答を示す。このような不均一な挙動は、MGの機械的特性の予測を困難にしている。本研究では、CuZr系MGの第一原理計算を用いた原子応力解析により、せん断ひずみに対する変形挙動を検討した。その結果、変位ベクトル、電荷移動、化学結合の変化などのパラメータと、原子フォンミーゼス応力の相関関係を評価することで、変形に対する局所的な力学応答を明らかにした。

Unlike alloys with a crystal lattice, metallic glasses (MG) do not possess distinctive defects but demonstrate a highly heterogeneous response to mechanical deformation, even in near-elastic regimes. The difficulties in describing such non-uniform behavior hamper the prediction of the mechanical properties of MGs. We apply first-principles calculations of atomic stress in CuZr MG to reveal its response to shear strain. That approach allows one to probe such parameters as displacement vector, charge transfer, or change in chemical bonds on the lowest atomic level. We find correlations between the mentioned parameters and show the importance of atomic von Mises stress in the comprehensive description of the mechanical state of a glassy system.