DOI: 10.1051/jp3:1991162
J. Phys. III France 1 (1991) 867-883

Core structure of a dissociated edge dislocation and pipe diffusion in copper investigated by molecular dynamics

J. Huang¹, M. Meyer² and V. Pontikis<sup>1

1</sup>  Section de Recherches de Métallurgie Physique, Centre d'Etudes Nucléaires de Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France
²  Laboratoire de Physique des matériaux, Centre National de la Recherche Scientifique, 92195 Meudon Principal Cedex, France

(Received 11 June 1990, accepted 4 September 1990)

Abstract
The atomic core structure of two Schockley partial dislocations in copper has been investigated as a function of temperature using molecular dynamics. We employed a resonant model pseudopotential adapted to copper. Our results show that at increasing temperature, the core of the partials becomes increasingly extended and invades entirely the fault ribbon, yet, the separation distance between the partials remains unchanged. At high temperatures vibrational amplitudes of atoms are much larger in the core of the partials than in the bulk of the perfect crystal and the local atomic structure becomes highly disordered. Although disordered, the core structure remains solid-like up to temperatures close to the melting point. Pipe diffusion along this dissociated dislocation has also been investigated. The formation energies of a vacancy and an interstitial are obtained by quasi-dynamics relaxation at T = 0 K while the migration energies for pipe diffusion are calculated at high temperature. Contrary to current assumptions in favour of a vacancy mechanism, we found that in our model the two types of defects may contribute comparably to pipe diffusion since their activation energies are very close. The trajectories of the migrating defects involve not only the partials' cores but also the stacking fault ribbon extending between them, thus explaining why pipe diffusion is slower when the dislocations are dissociated.

Résumé
La structure de coeur de deux dislocations partielles de Schockley a été étudiée, par dynamique moléculaire, en fonction de la température. Nous avons utilisé un pseudopotentiel calculé pour le cuivre à l'aide d'un modèle de résonance. Nos résultats montrent que le coeur des partielles s'étend de plus en plus à mesure que la température augmente et qu'il recouvre complètement le ruban de faute. Cependant la distance de dissociation entre les partielles ne change pas. A haute température, les amplitudes de vibration atomique sont nettement plus élevées dans le coeur des partielles que dans le cristal parfait et la structure est très désordonnée. Toutefois, bien que désordonnée, la structure de coeur reste celle d'un solide jusqu'à des températures proches du point de fusion. La diffusion le long de cette dislocation dissociée a elle aussi été étudiée. Les énergies de formation de la lacune et de l'interstitiel ont été obtenues par relaxation quasi-dynamique à T = 0 K tandis que les énergies de migration le long de la dislocation ont été calculées à haute température. Contrairement aux hypothèses couramment admises en faveur d'un mécanisme lacunaire, nous avons trouvé que les deux types de défauts ponctuels pouvaient contribuer de manière comparable à la diffusion le long des dislocations. En effet leurs énergies d'activation sont très proches. Nous avons aussi observé que les défauts migraient non seulement dans le coeur des partielles mais aussi dans le ruban de faute, ce qui explique pourquoi la diffusion est moins rapide quand les dislocations sont dissociées.

© Les Editions de Physique 1991