Stochastic Dynamics of Crystal Defects

این پایان نامه به ایجاد یک نظریه دقیق و مدرن از نیروهای تصادفی و اتلافی بر روی عیوب کریستالی می پردازد، که علیرغم اهمیت آنها در هر فرآیند ریزساختاری وابسته به دما، مانند انتقال شکل پذیر به ترد یا تغییر شکل پذیر، نادرست است. آسیب ناشی از تابش.

نویسنده ابتدا از شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی جدید برای پارامترسازی یک مدل نابجایی کارآمد، تصادفی و گسسته استفاده می‌کند که امکان دسترسی به مقیاس‌های آزمایشی زمان و طول را فراهم می‌کند. مسیرهای شبیه سازی شده در تطابق بسیار خوبی با آزمایش هستند. نویسنده همچنین از روش‌های مدرن تجزیه و تحلیل چند مقیاسی برای استخراج مرزهای جدید بر روی ویژگی‌های حمل و نقل این سیستم‌های بدن بسیاری استفاده می‌کند.

به‌رغم موفقیت‌های آنها در دانه‌بندی درشت، نظریه‌های موجود قادر به توضیح دینامیک نقص تصادفی نیستند. برای حل این مشکل، نویسنده عیوب کریستالی را از طریق عملگرهای طرح ریزی، بدون استفاده از خاصیت ارتجاعی تعریف می کند. با کاهش ابعادی دقیق، اشکال تحلیلی صریح برای نیروهای تصادفی که بر روی عیوب کریستالی اثر می‌کنند به دست می‌آیند، که بینش کمی جدید را در مورد نقش نوسانات حرارتی در شکل پذیری کریستال فراهم می‌کند.

This thesis is concerned with establishing a rigorous, modern theory of the stochastic and dissipative forces on crystal defects, which remain poorly understood despite their importance in any temperature dependent micro-structural process such as the ductile to brittle transition or irradiation damage.

The author first uses novel molecular dynamics simulations to parameterise an efficient, stochastic and discrete dislocation model that allows access to experimental time and length scales. Simulated trajectories are in excellent agreement with experiment. The author also applies modern methods of multiscale analysis to extract novel bounds on the transport properties of these many body systems.

Despite their successes in coarse graining, existing theories are found unable to explain stochastic defect dynamics. To resolve this, the author defines crystal defects through projection operators, without any recourse to elasticity. By rigorous dimensional reduction, explicit analytical forms are derived for the stochastic forces acting on crystal defects, allowing new quantitative insight into the role of thermal fluctuations in crystal plasticity.