Выпуски УФМ »  Том 13, выпуск 2

Моделирование микроструктурных превращений в системах, подверженных радиационному воздействию

Д. О. Харченко$^{1}$, И. О. Лысенко$^{1}$, В. О. Харченко$^{1,2}$

$^1$Институт прикладной физики НАН Украины, ул. Петропавловская, 58, 40000 Сумы, Украина
$^2$Institut für Physik, Universität Augsburg, Universitätsstraße 1, 86159 Augsburg, Deutschland

Получена: 24.02.2012. Скачать: PDF

Развит формализм для последовательного описания микроструктурных превращений и фазового расслоения в системах, пребывающих в сильнонеравновесных условиях, вызванных облучением. Анализ проведён в рамках метода фазового поля кристалла, который позволяет проводить исследование на пространственных масштабах молекулярной динамики, но на временных интервалах диффузионной динамики. Определены условия прохождения микроструктурных превращений в периодических однокомпонентных системах кристаллического типа при наличии конкурирующих стохастических потоков: термически стимулируемого и баллистического перемешивания атомов. При анализе поведения системы на более высоком иерархическом уровне для бинарных систем эквиатомного состава установлен реверсивный характер протекания процесса фазового расслоения. Для систем с несоизмеримыми временными масштабами распространения возмущений, которые характеризуются эффектами памяти, обнаружено присутствие процессов отбора структур при наличии флюктуаций длин прыжков атомов, выбитых высокоэнергетическими частицами.

Ключевые слова: кристаллическая система, баллистическая диффузия, шум, спинодальный распад, метод фазового поля кристалла.

PACS: 05.10.Gg, 05.40.-a, 05.65.+b, 61.72.Bb, 61.80.Az, 64.60.-i, 81.30.Mh

Citation: D. O. Kharchenko, I. O. Lysenko, and V. O. Kharchenko, Modelling of Microstructural Transformations in the Systems Subject to Radiation Influence, Usp. Fiz. Met., 13, No. 2: 101—187 (2012) (in Ukrainian), doi: 10.15407/ufm.13.02.101

Цитированная литература (108)  
  1. A. Onuki, Phase Transition Dynamics (Cambridge: Cambridge University Press: 2004).
  2. В. Н. Воеводин, И. М. Неклюдов, Эволюция структурно-фазового состояния и радиационная стойкость конструкционных материалов (Киев: Наукова думка: 2006).
  3. В. Й. Сугаков, Основи синерґетики (Київ: Обереги: 2001).
  4. W. Horsthemke and R. Lefever, Noise-Induced Transitions (Berlin: Springer-Verlag: 1984). Crossref
  5. J. Garcia-Ojalvo and J. M. Sancho, Noise in Spatially Extended Systems (New York: Springer-Verlag: 1999). Crossref
  6. А. И. Олемской, Д. О. Харченко, Самоорганизация самоподобных стохастических систем (Ижевск–Москва: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика»: 2007).
  7. Дж. Николис, И. Пригожин, Самоорганизация в неравновесных системах (Москва : Мир: 1979).
  8. R. Enrique and P. Bellon, Phys. Rev. B, 60: 14649 (1999). Crossref
  9. J. Ye and P. Bellon, Phys. Rev. B, 70: 094104 (2004). Crossref
  10. G. Martin, Phys. Rev. B, 30: 1424 (1984). Crossref
  11. V. G. Vaks and V. V. Kamyshenko, Phys. Lett. A, 177: 269 (1993). Crossref
  12. S. Matsumara, Y. Tanaka, S. Miller, and C. Abromeit, J. Nucl. Instrum., 239: 42 (1996).
  13. R. Enrique and P. Bellon, Appl. Phys. Lett., 78: 4178 (2001). Crossref
  14. P. Krasnochtchekov, R.S. Averback, and P. Bellon, Phys. Rev. B, 72: 174102 (2005). Crossref
  15. T. Diaz de la Rubia, R. S. Averback, and H. Hsieh, J. Mater. Res., 4: 579 (1989). Crossref
  16. T. Diaz de la Rubia, R. S. Averback, R. Benedek, and W. E. King, Phys. Rev. Lett., 59: 1930 (1987). Crossref
  17. R. S. Averback, T. Diaz de la Rubia, and R. Benedek, Nucl. Instrum. Methods, B33: 693 (1988). Crossref
  18. G. H. Kinchin and R. S. Pease, Rep. Prog. Phys., 18: 1 (1955). Crossref
  19. R. S. Averback, R. Benedek, K. L. Merkle et al., J. Nucl. Mater., 113: 211 (1983). Crossref
  20. T. Diaz de la Rubia, A. Caro, and M. Spaczer, Phys. Rev. B, 47: 11483 (1993). Crossref
  21. S. Siegel, Phys. Rev., 75: 1823 (1949). Crossref
  22. A. R. Sweedler and D. E. Cox, Phys. Rev. B, 12: 147 (1975). Crossref
  23. L. R. Aronin, J. Appl. Phys., 25: 344 (1954). Crossref
  24. G. J. C. Carpenter and E. M. Shulson, J. Num. Mat., 73: 180 (1978).
  25. H. L. Glick, F. C. Brooks, W. F. Witzig, and W. E. Johnson, Phys. Rev., 87: 1074 (1952). Crossref
  26. J. Gilbert, Radiat. Eff., 20: 37 (1973). Crossref
  27. A. Ali, Phil. Mag. B, 37: 353 (1978); G. Thomas, Scr. Metall., 16: 589 (1982). Crossref
  28. J. Koike, P. R. Okamoto, and M. Meshii, J. Non-Cryst. Solids, 106: 90 (1988). Crossref
  29. K. C. Russel, Prog. Mater. Sci., 28, No. 3–4: 229 (1984). Crossref
  30. F. Foisson and D. Duibisson, Met. Mat. Soc., 981 (1994).
  31. H. Yasuda, H. Mori, and J. G. Lee, Phys. Rev. B, 70: 214105 (2004). Crossref
  32. D. G. Morris, G. T. Brown, R. C. Piller, and R. E. Smallman, Acta Metall., 24: 21 (2008). Crossref
  33. M. Griffiths, J. Nucl. Mater., 159: 190 (1988). Crossref
  34. R. A. Enrique, K. Nordlund, R. S. Averback, and P. Bellon, J. Appl. Phys., 93: 2917 (2003). Crossref
  35. R. A. Enrique and P. Bellon, Phys. Rev. E, 63: 134111(12) (2001). Crossref
  36. P. K. MacKeown, Stochastic Simulation in Physics (Singapore: Springer-Verlag: 1997).
  37. J. S. Langer, Directions in Condensed Matter Physics (Singapore: World Scientific: 1986).
  38. K. R. Elder, N. Provatas, J. Berry et al., Phys. Rev. B, 75: 064107(14) (2007). Crossref
  39. J. Berry, K. R. Elder, and M. Grant, Phys. Rev. E, 77: 061506 (2008). Crossref
  40. A. Jaatinen, C. V. Achim, K. R. Elder, and T. Ala-Nissila, Phys. Rev. E, 80: 031602(10) (2009). Crossref
  41. K. R. Elder, M. Katakowski, M. Haataja, and M. Grant, Phys. Rev. Lett., 88: 245701 (2002). Crossref
  42. K. R. Elder and M. Grant, Phys. Rev. E, 70: 051605 (2004). Crossref
  43. J. Berry, M. Garnt, and K. R. Elder, Phys. Rev. E, 73: 031609 (2006). Crossref
  44. J. Swift and P. C. Hohenberg, Phys. Rev. A, 15: 319 (1977). Crossref
  45. B. von Haeften, G. Izús, S. Mangioni et al., arXiv:nlin, 0309029.
  46. K. R. Elder, M. Katakowski, M. Haataja, and M. Grant, Phys. Rev. Lett., 88: 245701 (2002). Crossref
  47. P. Stefanovich, M. Haataja, and N. Provatas, Phys. Rev. Lett., 96: 225504(4) (2006).
  48. D. Kharchenko, P. Galenko, and V. Lebedev, Usp. Fiz. Met., 10: 27 (2009). Crossref
  49. R. A. Enrique and P. Bellon, Phys. Rev. B, 63: 134111 (2001). Crossref
  50. J. Ye and P. Bellon, Phys. Rev. B, 70: 094104 (2004). Crossref
  51. V. I. Dubinko, A. V. Tur, and V. V. Yanovsky, Radiat. Eff., 112: 233 (1990). Crossref
  52. J. Garcia-Ojalvo, A. M. Lacasta, J. M. Sancho, and R. Toral, Europhys. Lett., 42: 125 (1998). Crossref
  53. M. Ibanes, J. Garcia-Ojalvo, R. Toral, and J. M. Sancho, Phys. Rev. E, 60: 3597 (1999). Crossref
  54. H. Risken, The Fokker–Planck Equation (Berlin: Springer-Verlag: 1984).
  55. C. W. Gardiner, Handbook of Stochastic Methods (Berlin–Heidelberg–New-York–Tokyo: Springer-Verlag: 1985).
  56. D. O. Kharchenko, A. V. Dvornichenko, and I. O. Lysenko, Ukr. Phys. Journ., 53: 917 (2008).
  57. J. Buceta, M. Ibanes, J. M. Sancho, and K. Lindenberg, Phys. Rev. E, 67: 021113 (2003). Crossref
  58. K. Wood, J. Buceta, and K. Lindenberg, Phys. Rev. E, 73: 022101 (2006). Crossref
  59. D. Kharchenko, I. Lysenko, and V. Kharchenko, Physica A, 389: 3356 (2010). Crossref
  60. U. M. Marconi, A. Puglisi, L. Rondoni, and A. Vulpiani, Phys. Rep., 461: 111 (2008). Crossref
  61. Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, Статистическая физика. Том V (Москва: Наука: 1976).
  62. A. A. Ponomarov, V. I. Miroshnichenko, and A. G. Ponomarev, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B, 267, Iss. 12–13: 2041 (2009). Crossref
  63. M. Ibanes, J. Garcia-Ojalvo, R. Toral, and J. M. Sancho, Lecture Notes in Physics, 557: 247 (Eds. J. A. Freund and T. Poschel) (Berlin: Springer-Verlag: 2000).
  64. E. A. Новиков, ЖЭТФ, 20: 1290 (1965).
  65. К. В. Гардинер, Стохастические методы в естественных науках (Москва: Мир: 1986).
  66. Н. Г. Ван Кампен, Стохастические процессы в физике и химии (Москва: Высшая школа: 1990).
  67. D. O. Kharchenko and A. V. Dvornichenko, Physica A, 387: 5342 (2008). Crossref
  68. J. M. R. Parrondo, C. Van der Broeck, J. Buceta, and F. J. de la Rubia, Physica A, 224: 153 (1996). Crossref
  69. J. D. Gunton, M. San Miguel, and P. S. Sahni, In: Phase Transtions and Critical Phenomena (Eds. C. Domb and J. L. Lebowitz) (New York: Academic Press: 1983).
  70. G. Schmitz, J. C. Ewert, F. Harbsmeier et al., Phys. Rev. B, 63: 224113 (2001). Crossref
  71. J. Ye and P. Bellon, Phys. Rev. B, 70: 094104 (2004). Crossref
  72. J. Ye and P. Bellon, Phys. Rev. B, 70: 094105 (2004). Crossref
  73. D. O. Kharchenko and A. V. Dvornichenko, Eur. Phys. J. B, 61: 95 (2008). Crossref
  74. G. E. P. Box and M. E. Müller, Ann. Math. Stat., 29: 610 (1958). Crossref
  75. D. O. Kharchenko, V. O. Kharchenko, and I. O. Lysenko, Cent. Eur. J. Phys., 9: 698 (2011).
  76. D. D. Joseph and L. Preziosi, Rev. Mod. Phys., 61: 41 (1989). Crossref
  77. Г. Репке, Неравновесная статистическая механика (Москва: Мир: 1990).
  78. D. Jou, J. Casas Vazquez, and G. Lebon, Extended Irreversible Thermodynamics (Berlin: Springer-Verlag: 2001). Crossref
  79. P. Galenko, D. Danilov, and V. Lebedev, Phys. Rev. E, 79: 051110 (2009). Crossref
  80. J. A. P. Ramos, E. Granato, S. C. Ying et al., Phys. Rev. E, 81: 011121(7) (2010).
  81. K.-A. Wu, A. Adland, and A. Karma, Phys. Rev. E, 81: 061601(15) (2010).
  82. D. O. Kharchenko, I. O. Lysenko, and S. V. Kokhan, Eur. Phys. J. B, 76: 37 (2010). Crossref
  83. Д. О. Харченко, І. О. Лисенко, В. О. Харченко, Металлофиз. новейшие технол., 32, № 6: 783 (2010).
  84. A. G. Khachaturyan, Theory of Structural Transformations in Solids (New York: Wiley: 1983).
  85. В. П. Скрипов, А. В. Скрипов, УФН, 128: 193 (1979). Crossref
  86. W. J. Moberly Chan, D. P. Adams, M. J. Aziz et al., MRS Bulletin, 32: 424 (2007). Crossref
  87. C. L. Emmott and A. J. Bray, Phys. Rev. E, 59: 213 (1999). Crossref
  88. J. W. Cahn and J. E. Hilliard, J. Chem. Phys., 28: 258 (1958). Crossref
  89. C. W. Gardiner, Handbook of Stochastic Methods (Berlin–Heidelberg–New York: Springer-Verlag: 1985).
  90. D. O. Kharchenko and I. A. Knyaz’, Eur. Phys. J. B, 32: 375 (2003). Crossref
  91. A. I. Olemskoi, D. O. Kharchenko, and I. A. Knyaz’, Phys. Rev. E, 71: 041101 (2005). Crossref
  92. M. Ibanes, J. Garcia-Ojalvo, R. Toral, and J. M. Sancho, Phys. Rev. Lett., 87: 020601 (2001). Crossref
  93. I. M. Lifshitz and V. V. Slyozov, J. Phys. Chem. Solids, 19: 35 (1961). Crossref
  94. G. Martin and P. Bellon, Solid State Phys., 50: 189 (1996). Crossref
  95. P. K. Galenko, D. O. Kharchenko, and I. O. Lysenko, Physica A, 389: 3443 (2010). Crossref
  96. P. Galenko and D. Jou, Physica A, 388: 3113 (2009). Crossref
  97. D. Jou, J. Casas-Vazquez, and G. Lebon, Rep. Prog. Phys., 51: 1005 (1988). Crossref
  98. D. Joseph and L. Preziosi, Rev. Mod. Phys., 61: 41 (1989). Crossref
  99. J. W. Cahn and J. E. Hilliard, J. Chem. Phys., 28: 258 (1958). Crossref
  100. J. W. Cahn, Acta Metall., 9: 795 (1961). Crossref
  101. H. E. Cook, Acta Metall., 18: 297 (1970). Crossref
  102. P. Galenko and V. Lebedev, Phys. Lett. A, 372: 985 (2008). Crossref
  103. N. Lecoq, H. Zapolsky, and P. Galenko, Eur. Phys. J. Spec. Top., 177: 165 (2009). Crossref
  104. Д. О. Харченко, І. О. Лисенко, В. О. Харченко, Укр. фіз. ж., 55: 1226 (2010).
  105. K. Binder and P. Fratzl, Phase Transformations in Materials (Eds. G. Kostorz) (Weinheim–New York–Chichester–Brisbane–Singapore–Tokyo: Wiley-VCH: 2001).
  106. Y. Yackle and M. Piesoth, Z. Phys. B, 72: 25 (1988). Crossref
  107. K. Binder, Festkörperprobleme—Advances in Solid State Physics (Eds. P. Grosse) (Braunschweig: Vieweg: 1986).
  108. G. Martin, Phys. Rev. B, 41: 2279 (1990). Crossref
Цитируется (3)
  1. Dmitrii O. Kharchenko and Vasyl O. Kharchenko, Radiation Effects and Defects in Solids 171, 819 (2016).
  2. D.O. Kharchenko, V.O. Kharchenko and A.I. Bashtova, Ukr. J. Phys. 61, 265 (2016).
  3. V. O. Kharchenko, I. O. Lysenko, O. M. Shchokotova, A. I. Bashtova et al., Usp. Fiz. Met. 18, 295 (2017).

© 2013–2018 «ИМФ НАН Украины»