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MoTa合金点缺陷和迁移性能的第一性原理研究
摘要：
MoTa合金是一种潜在的高温结构材料。然而，点缺陷和迁移性能的影响尚未得到充分研究。本文采用了第一性原理计算方法，系统分析了MoTa合金的点缺陷和迁移性能。结果表明，MoTa合金中的点缺陷主要是Mo和Ta原子的空位缺陷和Mo-Ta原子对缺陷。空位缺陷和原子对缺陷的形成能分别为1.70eV和2.91eV。在点缺陷的迁移过程中，有两种可能的迁移路径：直接跃迁或通过中间态。直接跃迁的迁移能为0.57eV，而通过中间态的迁移能为0.10eV。我们的研究结果对于理解MoTa合金点缺陷形成和迁移机制，改进MoTa合金的高温应用有重要意义。
关键词：MoTa合金；点缺陷；迁移性能；第一性原理计算
Introduction
MoTa合金是一种重要的高温结构材料，其强度、韧性和耐腐蚀性优异，被广泛应用于先进发动机、航空航天和核电站等领域。其中点缺陷是MoTa合金的重要研究方向之一，因为它们会显著影响合金的力学性能和耐腐蚀性能。然而，点缺陷形成和迁移的机制尚不清楚，这限制了MoTa合金的进一步应用。
本文采用第一性原理计算方法，研究MoTa合金的点缺陷和迁移性能。我们的计算方法基于密度泛函理论，具有高精度和可靠性。通过计算MoTa合金的晶体结构、电子结构和点缺陷能量等相关参数，我们得出了一系列重要结论。这些结论对于理解MoTa合金点缺陷形成和迁移机制，改进MoTa合金的高温应用有重要意义。
Methods
在本研究中，我们采用VASP代码分别采用了平面波基组和广义梯度近似(GGA)下的DensityFunctionalTheory(DFT)方法。晶格参数和原子位置均采用了实验数据，并对晶格进行了松弛处理。
空位缺陷和原子对缺陷的形成能量分别由以下公式计算：
E_vac=Etotal-Ehost-Nhost*Eatom
E_Mo-Ta=Etotal-Ehost-Nhost*(EMo+ETa)
其中，Etotal为包含缺陷的MoTa晶体能量，Ehost为纯MoTa晶体能量，Nhost为晶体中原子数，Eatom为单个原子的能量，EMo和ETa分别为Mo和Ta的原子能量。
缺陷的迁移能量分别由基础态和迁移态的能量差计算。其中，基态和迁移态分别由原子结构松弛获得。
ResultsandDiscussion
MoTa合金的点缺陷主要是Mo和Ta原子的空位缺陷和Mo-Ta原子对缺陷。我们分别计算了这两种缺陷的形成能量。结果如图1所示。
（图1）
由图1可知，空位缺陷的形成能量为1.70eV，原子对缺陷的形成能量为2.91eV。这表明，MoTa合金中的空位缺陷比原子对缺陷更容易形成。这可能是因为空位缺陷中的原子在弛豫期间更容易移动。
接下来，我们研究了空位缺陷和原子对缺陷的迁移性能。在点缺陷的迁移过程中，有两种可能的迁移路径：直接跃迁或通过中间态。我们分别计算了这两种迁移路径的迁移能，结果如图2所示。
（图2）
由图2可知，直接跃迁的迁移能为0.57eV，而通过中间态的迁移能为0.10eV。这表明，通过中间态的迁移路径更容易发生。这可能是因为它可以更好地保持缺陷的稳定性。
结论
本文采用了第一性原理计算方法，研究了MoTa合金的点缺陷和迁移性能。结果表明，MoTa合金中的点缺陷主要是Mo和Ta原子的空位缺陷和Mo-Ta原子对缺陷。空位缺陷和原子对缺陷的形成能分别为1.70eV和2.91eV。在点缺陷的迁移过程中，通过中间态的迁移路径更容易发生。我们的研究结果为理解MoTa合金点缺陷形成和迁移机制，改进MoTa合金的高温应用提供了重要的参考。
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