First-principles calculations of atomic stress in CuZr metallic glass under shear strain

せん断歪み下でのCuZr金属ガラスの原子応力の第一原理計算

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)の機械的特性の起源を解明することは長年の課題である。MGは集合的な原子運動の活性化によって外部ひずみに応答するが、結晶内の明確に定義された転位とは対照的に、そのような運動のトリガーは明らかにされていない。この集合的な原子応答を詳細に研究するために、本研究では、第一原理フレームワークの原子応力計算を応用した。4つの小さくランダムなCu50%Zr50%構造を準備し、0.5、8.0%の歪みを加え、原子応力計算によりCuとZrについて個別の応答を解析した。アフィン変形後の無緩和と緩和状態の間の系の変化を分析した結果、弾性挙動から大きな逸脱が生じることを確認した。また、原子レベルのフォンミーゼス応力変化が示すように、あるせん断ひずみは他のせん断成分に原子応力応答を引き起こす。この原子応力応答に対して、電荷移動、原子変位、原子歪みなどの他の局所パラメーターの関連も明らかになった。

Revealing the origin of the mechanical properties of metallic glasses (MG) is a long-standing problem. MGs respond to the external strain with the activation of collective atomic motion, but the triggers of such motions are not revealed yet, in contrast to the well-defined dislocations in crystals. To study this collective atomic response in detail, we use the atomic stress calculations in the first-principles framework. Four small random Cu50%Zr50% structures were prepared and put under the strain from 0.5 to 8.0%. The stress response is shown separately for Cu and Zr. We analyze the system's transformation between the affine and relaxed states and find a significant deviation from elastic behavior. As the atomic von Mises stress change indicates, the xy shear strain invokes atomic stress response in other shear components. Other local parameters, such as charge transfer, atomic displacements, and atomic strain, are also discussed.