Ordering of point defects in deformable elastic lattices

Mgr. Libor Šmejkal

Master's thesis

Abstract:

Fyzikální vlastnosti pevných látek jsou ovlivněny přítomností bodových defektů. Defekty způsobují lokální deformace mřížky, které se šíří materiálem vlivem kohezních sil. V této diplomové práci jsme vyvinuli atomisticky informovaný mezoskopický model, ve kterém bodové defekty působí jako zdroje napětí, zatímco elastická mřížka zprostředkovává přenos komplikované směrově závislé interakce mezi defekty. S využitím Wangova-Landau\-ova algoritmu jsou vypočteny hustoty stavů systému pro sérii kombinací vakancí a intersticiálů v $\langle 10 \rangle$ "dumbbell" konfiguraci uvnitř kubického modelového materiálu. Tyto výsledky jsou použity k výpočtu partiční funkce, vnitřní energie, entropie a volné energie a popisují tak kompletně termodynamické vlastnosti modelu.

Abstract:

Physical properties of solids are invariably affected by point defects. They cause local distortions of the lattice that are spread away from the defects due to cohesive forces of the matter. This thesis develops an atomistically informed mesoscopic model in which point defects act as sources of stress, while the elastic lattice serves to mediate the complex directional interactions between point defects. Employing the Wang-Landau algorithm, I obtain the density of states of the system for a range of combinations of vacancies and interstitials in $\langle 10 \rangle$ dumbbell configurations inside a model cubic material. These results are used to calculate the partition function, energy, entropy and free energy, and thus to obtain a complete thermodynamic description of the model.

Keywords

spinový model, hustota stavů, Wangův-Landauův algorithms, Isingův model, lineární elasticita, bodové defekty, spin model, density of states, Wang-Landau algorithm, Ising model, linear elasticity, point defects

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 2. 2014

Thesis defence

• Date of defence: 19. 6. 2014
• Supervisor: Ing. Roman Gröger, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Physics / Condensed Matter Physics