First-principles calculations on dislocations in MgO

MgOの転位構造の第一原理計算

清原 慎*; 都留 智仁   ; 熊谷 悠*

Kiyohara, Shin*; Tsuru, Tomohito; Kumagai, Yu*

セラミック材料においても塑性変形が生じることは知られているが、金属と比べてほとんど研究されていない。例えば、MgOは典型的なセラミックスの1つであり、実験的にも理論的にも広く研究されている。しかし、転位についての理解は進んでおらず、刃状転位とらせん転位のどちらが滑りやすいかについてさえ、未だ議論されている。本研究では、第一原理計算に基づいてMgOの転位芯の原子構造を直接モデル化し、パイエルス応力を推定した。その結果、主すべり系のらせん転位は刃状転位よりもパイエルス応力が小さいことが明らかになった。この傾向は金属と完全に異なっており、TiNで知られる傾向と一致しており、セラミックス固有の特性であることが示唆される。

While ceramic materials are widely used in our society, their understanding of the plasticity is not fully understood. MgO is one of the prototypical ceramics, extensively investigated experimentally and theoretically. However, there is still controversy over whether edge or screw dislocations glide more easily. In this study, we directly model the atomic structures of the dislocation cores in MgO based on the first-principles calculations and estimate the Peierls stresses. Our results reveal that the screw dislocation on the primary slip system exhibits a smaller Peierls stress than the edge dislocation. The tendency is not consistent with metals, but rather with TiN, suggesting a characteristic inherent to ceramics.