為了開(kāi)發(fā)新材料，材料工程師需要能夠預(yù)測(cè)雜質(zhì)原子在一定溫度范圍內(nèi)在晶體中擴(kuò)散的速度。

　　利用新的計(jì)算技術(shù)，伊利諾伊大學(xué)厄巴納 - 尚佩恩分校（又稱(chēng)香檳分校）的研究人員構(gòu)建了鎂合金擴(kuò)散的第一個(gè)精確模型。雖然鎂是最輕的結(jié)構(gòu)金屬，但這種模型也可以用于預(yù)測(cè)原子如何在許多其他材料中擴(kuò)散，對(duì)于材料工程師來(lái)說(shuō)意味著巨大的分量。

　　愛(ài)因斯坦首先描述了擴(kuò)散的基本機(jī)制，但只是為幾個(gè)晶體建模。

　　伊利諾伊州材料科學(xué)和工程副教授達(dá)拉斯·特林克爾（Dallas Trinkle）解釋說(shuō)：“鎂晶體的計(jì)算機(jī)分析揭示出影響不同原子如何在鎂中移動(dòng)的隱藏的斷裂對(duì)稱(chēng)性。

　　結(jié)合最先進(jìn)的量子力學(xué)計(jì)算，Trinkle和他的博士生Ravi Agarwal，能夠預(yù)測(cè)普通和稀土金屬的擴(kuò)散，這可以用于進(jìn)一步許多重要的實(shí)際應(yīng)用。

　　“固體中的大多數(shù)替代溶質(zhì)通過(guò)空位擴(kuò)散，然而，廣泛使用的擴(kuò)散性分析模型在原子跳躍率之間的關(guān)系中進(jìn)行不受控制的近似，這降低了準(zhǔn)確度，”Agarwal是該項(xiàng)研究的第一作者，其論文“Exact Model of Vacancy-Mediated Solute Transport in Magnesium”發(fā)表在Physical Review Letters。“六方密堆積晶體的對(duì)稱(chēng)分析之前使用的模型揭示出更多不同的空位躍遷，一種被稱(chēng)為綠色函數(shù)的方法準(zhǔn)確計(jì)算出鎂中的溶質(zhì)的擴(kuò)散率。我們發(fā)現(xiàn)鋁，鋅和稀土溶質(zhì)的溶質(zhì)阻力的巨大差異，以及改進(jìn)的擴(kuò)散活化能，這些都突出了對(duì)精確分析傳輸模型的需要。”

　　“這些新的結(jié)果將為汽車(chē)和航空航天應(yīng)用創(chuàng)建新型的和輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)金屬，”Trinkle說(shuō)。 “這個(gè)模型具有啟發(fā)意義，因?yàn)槲覀兡軌虬l(fā)現(xiàn)以前被認(rèn)為是相同的原子運(yùn)動(dòng)的破缺對(duì)稱(chēng)性?，F(xiàn)在這種方法可以用來(lái)預(yù)測(cè)原子如何在許多其他材料中擴(kuò)散。”