Calculation of Energy and Magnetic Susceptibility of Fe Atomic System During Dislocation Motion in Magnetic Field

Abstract

ENG: Purpose – The purpose is to calculate the change in the total energy of a small fragment of an idealized lattice of iron (in its pure form and with impurity atoms) containing an edge dislocation during its elementary motion at one interatomic spacing, both under the influence of a constant magnetic field and without it. The introduction of a magnetic field into the system is aimed at checking the adequacy of the description of the phenomenon of magnetoplasticity by changing the total energy of the atomic system. Design/methodology/approach – The design procedure is based on a quantum-mechanical description of the switching process of the covalent bond of atoms in the dislocation core. The authors used the method of density functional theory in the Kohn-Shem version, implemented in the GAUSSIAN 09 software package. Using the perturbation theory, the authors modeled the impact of an external constant magnetic field on the energy of a system of lattice atoms. Findings – The simulation results confirmed the effect of an external constant magnetic field on the switching energy of the covalent bond of atoms in the dislocation core, and also a change in the magnetic susceptibility of a system of atoms with a dislocation. This complements the description of the magnetoplastic effect during the deformation of metals. Originality/value – The authors created quantum-mechanical models of the dislocation motion in the Fe crystal lattice: without impurities, with a substitutional atom Cr and with an interstitial atom C. The models take into account the influence of an external constant magnetic field.

UKR: Мета – розрахувати зміну повної енергії невеликого фрагмента ідеалізованої решітки заліза (в чистому вигляді та з домішковими атомами), що містить крайову дислокацію, під час його елементарного руху на одному міжатомному просторі, під впливом постійного магнітного поля і без нього. Введення магнітного поля в систему спрямоване на перевірку адекватності опису явища магнітопластичності шляхом зміни повної енергії атомної системи. Проект/методологія/підхід – Процедура проектування заснована на квантово-механічному описі процесу перемикання ковалентного зв’язку атомів у ядрі дислокації. Автори використали метод теорії функціоналу щільності у версії Кон-Шема, реалізований у програмному комплексі GAUSSIAN 09. Використовуючи теорію збурень, автори змоделювали вплив зовнішнього постійного магнітного поля на енергію системи атомів ґратки. Висновки – Результати моделювання підтвердили вплив зовнішнього постійного магнітного поля на енергію перемикання ковалентного зв’язку атомів в ядрі дислокації, а також зміну магнітної сприйнятливості системи атомів з дислокацією. Це доповнює опис магнітопластичного ефекту при деформації металів. Оригінальність/цінність – Автори створили квантово-механічні моделі руху дислокацій в кристалічній решітці Fe: без домішок, з атомом заміщення Cr та з міжвузлим атомом C. У моделях враховано вплив зовнішнього постійного магнітного поля.

RUS: Цель – рассчитать изменение полной энергии небольшого фрагмента идеализированной решетки железа (в чистом виде и с примесными атомами), содержащего краевую дислокацию, при его элементарном движении на одном межатомном расстоянии, как под действием постоянного магнитного поля и без него. Введение в систему магнитного поля направлено на проверку адекватности описания явления магнитопластичности путем изменения полной энергии атомной системы. Дизайн/методология/подход – Процедура дизайна основана на квантово-механическом описании процесса переключения ковалентной связи атомов в ядре дислокации. Авторы использовали метод теории функционала плотности в варианте Кона-Шема, реализованный в программном комплексе GAUSSIAN 09. Используя теорию возмущений, авторы моделировали воздействие внешнего постоянного магнитного поля на энергию системы атомов решетки. Выводы. Результаты моделирования подтвердили влияние внешнего постоянного магнитного поля на энергию переключения ковалентной связи атомов в ядре дислокации, а также изменение магнитной восприимчивости системы атомов с дислокацией. Это дополняет описание магнитопластического эффекта при деформации металлов. Оригинальность/ценность. Созданы квантово-механические модели движения дислокаций в кристаллической решетке Fe: без примесей, с замещающим атомом Cr и с внедренным атомом C. Модели учитывают влияние внешнего постоянного магнитного поля. Ключевые слова: Кристаллическая решетка, Дислокация, Атом замещения, Межузельный атом, Энергия, Магнитное поле, Магнитопластичность, Магнитная восприимчивость.