Palládium-hidrid modellezés

A palládium-hidridben levô atomok kölcsönhatásainak leírására a WSRC kutatói egy, eredetileg a Sandia National Laboratoryban kifejlesztett módszert, az ún. beágyazott atom módszert (embedded atom method, EAM) használtak. A WSRC kutatói azonban egy lényeges változtatást hajtottak végre. Eltérôen a korábbi változatoktól, az ô modelljükben a palládiumatomok térfogata együtt növekedhetett az elnyelt hidrogénatomok számával – így sikeresebben le tudták írni a valóságban lezajló változásokat.

"A térfogat növekedése igen lényeges" mondja Wolf. "Egy olyan módszerre volt szükségünk, amelyben rögzíteni lehetett a hidrogénatomok kémiai potenciálját, a palládiumatomok számát, a hômérsékletet és a nyomást. Ebben a munkában Ray professzor igen nagy segítséget nyújtott." A végsô szimulációban hidrogénatomokat lehetett kelteni és eltüntetni egy növekvô fémrácson.

A palládium-hidrid béta-fázisa 300 Kelvinen. Ez a fázis akkor alakul ki, amikor a hidrogénatomok (sárga) koncentrációja a palládiumban (bíbor) megnövekszik. A korai fázisban (alfa-fázis) a hidrogénatomok véletlenszerûen népesítik be a rácsközi helyeket. Egy kritikus pontban azonban a rács kiterjeszkedik, így a hidrogénnek lehetôsége van arra, hogy nagyobb fürtökbe álljon össze. A képen a rács a (001) irányból látható.



Jelenleg a csoport az általuk kifejlesztett programot a Pittsburgh és az Arctic Research Supercomputing Center-beli T3D-n futtatja. Vance Shaffer, a Cray Research munkatársa segíttette ôket a program T3D-re való konvertálásában. Az eddigi eredmények kielégítôek. "A T3D nagyon stabilis és a teljesítménye csodálatos" mondja Mansour. "Képesek vagyunk a régebben szimuláltaknál hússzor nagyobb rendszerek vizsgálatára is". A diszlokációkat és szemcsehatárokat tartalmazó palládiumon végrehajtott szimulációjuk szerint a hidrogénkoncentráció növekedése a fém belsejében együtt jár a palládium kiterjedésével.

Ez az eredmény – valamint az, hogy a program javított változata (amin jelenleg dolgoznak) gyorsabb lesz – bátorítólag hatott a csoportra. Jelenleg már olyan szimulációkat is el tudnak végezni, ahol a vizsgált rendszer nagysága összemérhetô a tényleges fizikai rendszerek nagyságával – és ez igen fontos, ha a diszlokációk és szemcsehatárok hatását akarják vizsgálni. "A jelenleg vizsgált rendszereink 3000–5000 atomot tartalmazhatnak, és így már lehetôségünk van a kristályhibák szerepének a vizsgálatára" mondja Wolf.

Közben egy új cél is feltûnt: az olyan ötvözetek szimulációja, amelyekben egyáltalán nem vagy csak jóval késôbb lesznek repedések. Például a palládiumot a szemcsehatárok közelében nikkellel lehetne ötvözni. "A hidrogén nem nagyon kedveli a nikkelt, így nem menne a szemcsehatárok közelébe. Ilyen jó ötleteket agyalhatunk ki – de azért jobb, ha szimulálni is tudjuk, hogy ilyenkor mi történik. A tényleges fém-hidrides kísérletek jobbára próba-szerencse alapon folynak. Egy csipetnyi ebbôl, egy kicsi abból. Olyan ez, mint a lottózás – akár szerencséd is lehet. Ezért több tudásra van szükségünk – és ez az, amit a szimulációkból nyerhetünk."

[Vissza]