Skip to main content
SUPERVISOR
Hadi Akbar zadeh,Seyed Javad Hashemifar
هادی اکبرزاده (استاد مشاور) سید جواد هاشمی فر (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Saghayezhian
محمد سقای ژیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

First-principle S tudy of Mechanical Properties and Topology of Charge Density of Bulk and Mono-Atomic Chain of Cu, Ag and Au
Quantum mechanical based microscopic description of macroscopic mechanical properties including young's modulus,stress-strain curves …, is an attractive issue in theoretical material science. In the present effort, we tried to shed light on interconnection of macro- and micro- mechanical properties, our main purpose is to show that it is possible to find another way of achieving mechanical characteristics. In order to perform this task properly, we computed mechanical properties of widely applied Cu, Ag and Au from first-principle approach and then analyzed evolution of charge density, which is proven to has a deep connection with mechanical properties (i.e. stress-strain) and is a microscopic observable. In this regard, along with increasing strain in a systematic way , the topological characteristics of charge density was monitored. We observed that elastic-plastic transition in [100] coincides with topological transition of charge density while in [111] direction, elastic-plastic transition has a geometrical character. For the first time, we realized that t he key point in the strain induced evolution of charge density is the important role of cages (charge density minima) . Further investigation showed that variation of curvature of cages can locate Yield point and Ultimate Tensile Strength, which are two important points on stress-strain curves, regardless of tensile direction. Therefore , there would be another method of finding this points, i.e. studying of strain induced charge density evolution. Experimental tensile tests on Cu, Ag and Au in [111] direction showed that they are capable of forming mono-atomic chains [Phys.Rev.B78 115409 ]. In order to finding the theoretical parameter for chain-ability of Au, Ag and Cu, we used universal energy function and topology of charge density to attain more insight into process of elongation to mono- atomic chain . With the aid of stress-strain curves, we found that chaining process starts before ultimate tensile strength, and also we found that critical points of charge density are influential in chain formation. Using above mentioned information, we proved that Au is the most promising metal for ending up to a mono-atomic chain. As stated before, cage critical points are important in the process of chain formation and the amount of charge density in them can predict that which metal is capable of elongation to mono atomic chain. Further investigation lead us to a new conclusion that the cage-ring-cage angle could provide a good reason for formation of A uAg alloy chain. Keywords: First principle study, Quantum stress, Mechanical properties , topology of charge density , mono-atomic chains, Au, Ag, Cu.
در بررسی خواص مکانیکی مواد، دو دیدگاه کلی وجود دارد: درشت‌مقیاس و ریزمقیاس. پارامترهایی همانند مدول یانگ، ناهمسانگردی، ضریب پواسون و منحنی‌های تنش-کرنش ... نشان‌دهنده خواص درشت‌مقیاس هستند که رفتارمکانیکی یک ماده به‌خصوص را توصیف می‌کنند. یک سؤال مهم که در این‌جا مطرح می‌شود این است که، چگونه خواص مکانیکی درشت‌مقیاس به پارامترهای ریزمقیاس مرتبط می‌شوند؟ چگونه می‌توان با مطالعه پارامترهای ریزمقیاس، رفتار درشت‌مقیاس یک ماده را توصیف کرد؟ در کار حاضر تلاش شد تا با مطالعه ارتباط میان مشخصه‌های درشت‌مقیاس و ریزمقیاس، به سؤال بالا پاسخ داده شود. به همین منظور پس از محاسبه ابتدا به ساکن درشت‌مقیاس سه فلز پرکاربرد مس، نقره و طلا، به مطالعه رفتار چگالی بار الکترونی در این سیستم‌ها پرداختیم؛ چرا که این کمیت ریزمقیاس، طبق اصول بنیادی نظریه تابعی چگالی ارتباط تنگاتنگی با خواص درشت‌مقیاس مکانیکی (مثل منحنی تنش-کرنش) دارد. از آن‌جا که مشخصه چگالی بار الکترونی، با توجه به توپولوژی آن مشخص می‌شود، هم‌زمان با محاسبه منحنی تنش-کرنش، توپولوژی چگالی بار نیز بررسی شد و مشاهده شده که در جهت [100] گذار الاستیک-پلاستیک هم‌زمان با گذار توپولوژیک چگالی بار الکترونی است. اما در جهت [111] ، در این گذار مکانیکی، چگالی بار به صورت هندسی تحول می‌یابد. نکته مهم در تحول چگالی بار الکترونی، نقش مهم کمینه‌های چگالی الکترونی (نقاط بحرانی قفس) در تحول مکانیکی سه فلز مورد بررسی است. با مطالعه تحول چگالی بار الکترونی در کمینه‌های چگالی، می‌توان نقطه گذار الاستیک به پلاستیک و نقطه استحکام بیشینه را تعیین کرد. آزمایش‌های کشش برای سه فلز مورد بررسی در جهت [100] نشان داده است که این سه فلز توانایی تشکیل زنجیره‌های تک‌اتمی را دارند [Phys.Rev.B 78 115409] . از این رو ما نیز به مطالعه تحول توپولوژی چگالی بار در حین فرآیند زنجیره شدن پرداختیم. دیده شد که نقاط بحرانی چگالی بار الکترونی (حلقه و قفس)، نقش مهمی در تشکیل زنجیره تک‌اتمی دارند. همچنین مشخص شد که تغییر زاویه بین نقاط بحرانی قفس-حلقه-قفس، توجیه‌کننده تشکیل زنجیره تک‌اتمی آلیاژیAuAg است. کلمات کلیدی: محاسبات کوانتمی، خواص مکانیکی، توپولوژی چگالی بار الکترونی، زنجیره‌های تک‌اتمی، طلا، نقره، مس.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی