稀土La在α-Fe中占位倾向及对晶界影响的第一性原理研究

本文采用重合位置点阵理论构建了α-Fe的Σ3[110](112)对称倾转晶界模型，通过基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了稀土La元素在α-Fe中的占位倾向。结果表明， La在α-Fe晶界的杂质形成能最低，因而La原子倾向于占据晶界区；掺杂La前后的α-Fe晶界电子结构计算结果显示， La占位于α-Fe晶界会使体系中的电荷发生重新分配，将提供更多电子用于晶界区成键，使得Fe原子得到更多的电子，这将导致掺杂区原子间结合有离子化趋势，从而使La与晶界区相邻Fe原子之间的相互作用加强，也使晶界原子与晶界两侧Fe原子的键合加强，从能量角度解释了材料宏观力学性能变化的原因；计算同时发现， La加入后，也使晶界上的原子成键区态密度左移，降低了体系的总能量，使晶界结构更为稳定。