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Improving atomic displacement and replacement calculations with physically realistic damage models

物理的に現実的な損傷モデルによる原子弾き出し計算の改善; Arc-dpaとrpa

Nordlund, K.*; Zinkle, S. J.*; Sand, A. E.*; Granberg, F.*; Averback, R. S.*; Stoller, R.*; 鈴土 知明; Malerba, L.*; Banhart, F.*; Weber, W. J.*; Willaime, F.*; Dudarev, S. L.*; Simeone, D.*

Nordlund, K.*; Zinkle, S. J.*; Sand, A. E.*; Granberg, F.*; Averback, R. S.*; Stoller, R.*; Suzudo, Tomoaki; Malerba, L.*; Banhart, F.*; Weber, W. J.*; Willaime, F.*; Dudarev, S. L.*; Simeone, D.*

原子衝突プロセスは、電子顕微鏡、半導体加工、原子力発電等、数多くの先進的な材料技術の基本である。ここ数十年にわたる広範な実験および計算シミュレーション研究によって、弾き出し損傷時に起きる原子スケールのプロセスを理解するための物理的基礎が確立された。損傷を定量化するための現在の国際標準はNorgett-Robinson-Torrens(NRT)-dpaと呼ばれているが、現在それにはいくつかの欠点が知られている。特に、金属のカスケード損傷で生成される欠陥の数は、NRT-dpa予測の約1/3であるのに対し、原子の混合に関与する原子数はdpa値よりも約30倍大きい。本研究では、弾き出し損傷をより現実的に記述し、NRT-dpaを拡張する2つの新しい指標を提案する。

Atomic collision processes are fundamental to numerous advanced materials technologies such as electron microscopy, semiconductor processing and nuclear power generation. Experimental and computer simulation studies over the past several decades provide the physical basis for understanding the atomic-scale processes occurring during primary displacement events. The current international standard for quantifying this particle damage, the Norgett-Robinson-Torrens displacements per atom (NRT-dpa) model, has nowadays several well-known limitations. In particular, the number of radiation defects produced in energetic cascades in metals is only $$sim$$1/3 the NRT-dpa prediction, while the number of atoms involved in atomic mixing is about a factor of 30 larger than the dpa value. Here we propose two new complementary displacement production estimators.

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