Journal of Experimental and Theoretical PhysicsJournal of Experimental and Theoretical PhysicsЖурнал экспериментальной и теоретической физики0044-45103034-641XThe Russian Academy of Sciences25902610.31857/S0044451024050055ArticlesСтатьиResearch ArticleLOCAL STRUCTURE AND SOLIDIFICATION OF GLASSFORMING MELT AL86NI6CO4GD2TB2 UNDER HIGH PRESSURE: EXPERIMENT, MODELING, MACHINE LEARNINGЛОКАЛЬНАЯ СТРУКТУРА И ЗАТВЕРДЕВАНИЕ СТЕКЛООБРАЗУЮЩЕГО РАСПЛАВА AL86NI6CO4GD2TB2 ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ: ЭКСПЕРИМЕНТ, МОДЕЛИРОВАНИЕ, МАШИННОЕ ОБУЧЕНИЕMen'shikovaS. G.МеньшиковаС. Г.
Russian Federation
svetlmensh@udman.ruShchelkachevN. M.ЩелкачевН. М.
Russian Federation
n.chtchelkatchev@gmail.comUdmurt Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of SciencesУдмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наукVereshchagin Institute for High Pressure Physics of the Russian Academy of SciencesИнститут физики высоких давлений имени Л.Ф. Верещагина Российской академии наук150520241655VOL 165, NO5 (2024)ТОМ 165, №5 (2024)65566406072024Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.rcsi.science/0044-4510/article/view/259026

High pressure affects melt solidification and its glass-forming ability. Ab initio molecular dynamics calculations show how the local structure of the melt changes with increasing pressure. High pressure promotes the formation of icosahedral clusters in the melt. Rare earth elements: gadolinium, terbium facilitate the formation of icosahedra. At a pressure of 10 GPa and melt temperature of 1800 K, icosahedra atoms form a "percolation cluster". As pressure decreases, the concentration of icosahedra decreases, and at atmospheric pressure, icosahedra are practically absent. Thus, the glass-forming ability of the melt increases with increasing pressure. Using deep machine learning techniques, the dependence of glass transition temperature on high pressure was evaluated: pressure increase from 0 to 10 GPa increases by 1.3 times. The structure of solid alloy samples obtained by cooling its melt from 1800 K at a rate of 1000 degrees/s under 10 GPa pressure was studied. X-ray diffraction and electron microscopy methods showed that the samples are dense and homogeneous, with a fine-dispersed structure. New crystalline phases with cubic (cP 4 / 2) and tetragonal (tI 26 / 1) structures, stable for long periods under normal conditions, were synthesized in the alloy. Rare earth elements play a major role in the formation of the phase with cubic structur (cP 4 / 2). Studies showed that the average hardness of samples obtained at 10 GPa is almost 2 times higher than that of the initial sample obtained at atmospheric pressure, and is about 2 GPa.

Высокое давление влияет на затвердевание расплава AL86NI6CO4GD2TB2 и его стеклообразующую способность. С помощью молекулярно-динамических расчетов ab initio показано, как локальная структура расплава изменяется с увеличением давления. Высокое давление способствует формированию икосаэдрических кластеров в расплаве. Формированию икосаэдров способствуют редкоземельные элементы: гадолиний, тербий. При давлении 10 ГПа и температуре расплава 1800 К атомы икосаэдров образуют «перколяционный кластер». При уменьшении давления концентрация икосаэдров уменьшается, при атмосферном давлении икосаэдры практически отсутствуют. Таким образом, стеклообразующая способность расплава увеличивается при повышении давления. С использованием техники глубокого машинного обучения выполнена оценка зависимости температуры стеклования Tg от высокого давления: увеличение давления от 0 до 10 ГПа повышает Tg в 1.3 раза. Исследована структура твердых образцов сплава, полученных путем охлаждения его расплава с температурой 1800 К со скоростью 1000 град/с под давлением 10 ГПа. Методами рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии показано, образцы плотные и однородные, структура мелкодисперсная. В сплаве синтезированы новые кристаллические фазы с кубической (сP 4/2) и тетрагональной (tI26/1) структурами, стабильные длительное время в нормальных условиях. В формировании фазы с кубической структурой (сP 4/2) основную роль выполняют редкоземельные элементы. Исследования показали, средняя твердость образцов, полученных при 10 ГПа, почти в 2 раза выше, чем исходного образца, полученного при атмосферном давлении, и составляет порядка 2 ГПа.

Работа выполнена в рамках Проекта РНФ (№ 22-22-00674). Электронномикроскопические исследования выполнены на оборудовании ЦКП "Центр физических и физикохимических методов анализа, исследования свойств и характеристик поверхности, наноструктур, материалов и изделий" УдмФИЦ УрО РАН, г. Ижевск. Образцы под высоким давлением получены в ИФВД РАН, г. Москва, г. Троицк. Численные расчеты выполнены с использованием вычислительных ресурсов федерального центра коллективного пользования "Комплекс моделирования и обработки данных для средств меганауки" НИЦ "Курчатовский институт" (http://ckp.nrcki.ru/), суперкомпьютеров Объединенного суперкомпьютерного центра РАН (ОАЦЦ РАН) и суперкомпьютера "Говорун" Многофункционального информационновычислительного комплекса ЛИИТ ОИЯИ (Дубна).С. Г. Рассолов, Е. А. Свиридова, В. В. Максимов и др., Металлофизика и новейшие технологии 37, 1089 (2015).А. L. Belyukov, S. G. Menshikova, and V. I. Ladyanov, J. Phys.: Cond. Matt. 35, 314001 (2023).S. G. Menshikova, A. A. Sushkov, and V. V. Brazhkin, Phys. Sol. St. 64, 204 (2022).N. M. Chtchelkatchev, M. V. Magnitskaya, V. A. Sidorov et al., Pure and Appl. Chem. 91, 941 (2019).Г. Е. Абросимова, А. С. Аронин, ФТТ 59, 2227 (2017).A. V. Tsvyashchenko, L. N. Fomicheva, A. A. Sorokin et al., Phys. Rev. B 65, 174513 (2002).V. I. Levitas, J. Phys.: Cond. Matt. 30, 163001 (2018).V. P. Filonenko, P. V. Zinin, I. P. Zibrov et al., Crystals 8, 448 (2018).Yu. A. Sokolovskaya, V. V. Sokolovskiy, M.A. Zagrebin et al., JETP 125, 104 (2017).A. M. Satanin, Introduction to the Density Functional Theory, Teaching aid., Nizhny Novgorod (2009), p. 64.Ф. М. Гафаров, А. Ф. Галимянов, Искусственные нейронные сети и приложения, Изд-во Казан. унта, Казань (2018).Е. О. Хазиева, Н. М. Щелкачев, А. О. Типеев, Р. Е. Рыльцев, ЖЭТФ 164, 980 (2023).А.Ю. Чурюмов, Cand. ... Dr. Tech. Sciences, Moscow (2008).L. V. Каmaeva, E. N. Tsiok, and N. M. Chtchelkachev, J. Molec. Liquids 393, 123659 (2024).L. N. Kolotova, G. E. Norman, and V. V. Pisarev, J. Non-Crystalline Sol. 429 (2015).S. G. Menshikova, N. М. Chtchelkatchev, and V. V. Brazhkin, Materialia 28, 101713 (2023).V. V. Brazhkin, Cand. ... Dr. phys.-mat. Sciences, Moscow (1996).S. G. Menshikova and V. V. Brazhkin, Phys. Sol. St. 64, 197 (2022).P. M. Larsen, S. Schmidt, and J. Schiotz, Modelling and Simul. in Mater. Sci. Eng. 24, 055007 (2016).D. Turnbull, J. Appl. Phys. 21, 1022 (1950).T. Schenk, D. Holland-Moritz, V. Simonet et al., Phys. Rev. Lett. 89, 075507 (2002).T. V. Tropin, G. Schulz, J. W. Schmelzer et al., J. Non-Cryst. Solids 409, 63 (2015).X. Guo, M. Potuzak, J.C. Mauro et al., J. Non-Cryst. Solids 357, 3230 (2011).H. B. Ke, P. Wen, and W.H. Wang, AIP Adv. 2, 041404 (2012).B. A. Rusanov, V. E. Sidorov, P. Svec et al., Inorganic Materials 56, 14 (2020).T. V. Tropin, J. W. P. Schmelzer, and V. L. Aksenov, Physics-Uspekhi 59 (2016).