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Type: TESE
Title: Mechanical properties of HCP 4He = Propriedades mecânicas de 4He HCP
Title Alternative: Propriedades mecânicas de 4He HCP
Author: Landinez Borda, Edgar Josué, 1984-
Advisor: Koning, Maurice de, 1969-
Abstract: Resumo: Esta Tese aborda o problema de determinar propriedades mecânicas fundamentais de 4 He solido na fase hcp usando simulação atomística. Tais propriedades têm sido associadas à possível existência de uma fase cristalina superfluida conhecida como super-solidez. Embora experimentos sofisticados investigando propriedades mecânicas do Hélio sólido têm sido realizados, os resultados dependem da dinâmica microscópica que nem sempre é acessível experimentalmente. Desta maneira as interpretações dos experimentos ficam sujeitos a debates. Neste contexto a modelagem atomística é uma ferramenta útil para fornecer informação qualitativa e quantitativa do comportamento atomístico das propriedades mecânicas. Através de Monte Carlo de integrais de trajetória (PIMC) calculamos a resistência ideal de cisalhamento e tensão de Peierls de uma discordância screw para este sólido quântico protótipo. A resistência ideal estabelece um limite teórico superior de comportamento elástico do material. É a máxima tensão que um cristal livre de defeitos pode suportar, sem produzir uma deformação plástica. Os reultados mostram que o limite de resistência ideal é acompanhado pela nucleação homogênea de uma falha de empilhamento. A resistência ideal é anisotrçopica no plano basal, mas esta anísotropia é bem descrita pela lei de Schmid, que é baseida em conceitos clássicos. Além disso, a comparação do valor da resistência ideal com os de um conjunto grande de cristais clássicos mostra que os resultados para 4 H e estão bem descritos pelo modelo Frenkel-Orowan modificado, que também se baiseia em conceitos puramente clássicos. Em relação às propierdades de discordância, investigamos a estrutura do caroço e a tensão de Peierls para a discordância screw no plano basal. Os resultados mostram uma forte tendência de dissociação e uma tensão de Peierls da ordem e 0.4 bar e estão totalmente consistentes com o comportamento em sólidos clássicos. Assim, os resultados da Tese mostram que, mesmo em regimes de temperatura onde a fase líquida é superfluida, o ordenamento cristalino parece suprimir os efeitos quânticos resposáveis pela super-fluidez no líquido.

Abstract: This Thesis addresses a number of issues related to the determination of the fundamental mechanical properties of hcp 4 He. These properties have been linked to the possible existence of a superfluid crystalline phase know as supersolid. While many sophisticated experiments have investigated these properties, their results often require assumptions regarding the underlying processes on the atomic scale which are not accessible experimentally. In this way, the experimental interpretations often remain subject of debate. In this context, atomistic modeling is a useful tool that allows one to obtain both qualitative as well quantitative information about these processes. Using Path-integral Monte Carlo simulations we compute the ideal shear strength (ISS), as well as the structure and mobility parameteres for the screw dislocation for this prototypical quantum solid. The ideal shear strength represents a theoretical upper limit of the elastic response of a crystal, being defined as the maximum stress a defect-free crystal can withstand before deforming plastically. Our resuls show that the ISS limit is accompanied by the homogeneous nucleation of a stacking fault. Furthermore, the ISS on the basal plane is found to be anisotropic, although the anisotropy is well described by Schmid¿s law of resolved shear stress. In addition, comparison of the intrinsic ISS value to values of a large set of classical crystals shows that the results for 4 He are well described by the modified Frenkel-Orowan model, which is also based on purely classical concepts. Considering dislocation properties, we investigate the core structure and Peierls stress for the screw dislocation in the basal plane. The results show a strong dissociation tendency of the core and a Peierls stress of the order of 0.4 bar, consistent with the behavior of classical solids. Accordingly the results of this Thesis show that, even in the temperature regime where the liquid phase is superfluid the crystalline order seems to suppress the quantum effects for the liquid superfluidity
Subject: Hélio sólido - Propriedades mecânicas
Sólidos quânticos
Resistência ideal
Discordâncias
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2014
Appears in Collections:IFGW - Dissertação e Tese

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