[Back]

Y. Shan:
"Monte Carlo study of interstitial diffusion in an fcc lattice in the presence of solute atom traps";
Supervisor: E. Zojer, E. Kozeschnik; Institut für Festkörperphysik, TU Graz, 2012; final examination: 2012-04-27.

As an introduction, a short literature review of studies on interstitial diffusion and Monte Carlo simulation is given. The main work focuses on implementing a Monte Carlo framework for rigid lattice simulations. Diffusion is realized via vacancy jumps in the substitutional lattice and self-diffusion of atoms in the interstitial lattice. For the substitutional grid, a face centered cubic lattice is chosen. The interstitial diffusion takes place on the octahedral interstices. Various checks have been done to validate the implementation. They include comparison of the numerical results with the analytic expression provided by Fick's laws of diffusion. The trapping of interstitial atoms is investigated considering a higher binding enthalpy to substitutional solute atoms. The trapping fraction is evaluated for different binding enthalpies. Differences between a single trapping position per trap and multiple trapping positions are analysed. Further the charging and discharging of interstitial sites in the presence of attractive traps is simulated and compared to recent theoretical results from Svoboda and Fischer.

Zu Beginn der Diplomarbeit wird eine kurze Literaturübersicht über Studien von interstitieller Diffusion und Monte Carlo Simulationen gegeben. Die Hauptarbeit konzentriert sich dann auf die Implementierung eines Monte Carlo Moduls für Simulationen in einem starren Gitter. Diffusion erfolgt über Leerstellensprünge im substitutionellen Gitter und über Selbstdiffusion der interstitiellen Atome. Für das substitutionelle Gitter wird eine kubisch raumzentrierte Struktur angenommen, die interstitielle Diffusion findet auf den oktaedrischen Zwischengitterplätzen statt. Verschiedene Kontrollen der korrekten Implementierung werden durchgeführt. Dies inkludiert den Vergleich der numerischen Ergebnisse mit dem analytischem Ausdruck, welcher durch die Fick'schen Gesetze der Diffusion bestimmt ist. Weiters wird das Trapping der interstitiellen Atome aufgrund höherer Bindungsenthalpie zu Fremdatomen im Hauptgitter untersucht. Unterschiede zwischen einer einzigen Haftstelle pro Fremdatom im Hauptgitter und mehreren Haftstellen werden analysiert. Abschließend wird das Füllen und Entleeren des interstitiellen Gitters mit starken attraktiven Haftstellen simuliert und mit aktuellen theoretischen Ergebnissen von Svoboda und Fischer verglichen.

Monte Carlo; interstitial diffusion; trapping