题目：体心立方金属扭转晶界的原子级模拟

随着对钢铁材料、陶瓷材料、半导体材料及纳米级新材料和复合材料的不断深入发展，材料界面的作用日趋增加。晶界直接影响着材料的物理、化学、力学等性能。晶界的特性源于晶界处不同于晶体内部的结构和能量，晶界处原子的构形和能量是研究界面相关现象如晶粒生长、扩散、杂质偏析、原子迁移、晶界滑移、腐蚀、沉积、形变和断裂等行为的重要基础。因此，分析和研究晶界能和晶界结构对材料科学、冶金学、固体物理及固体化学提供重要的理论基础和指导。对材料性能预测、材料改性和新材料设计以及传统材料及其应用有着重要的指导意义。
本文采用改进分析型嵌入原子法(MAEAM)，结合重位点阵(CSL)模型，借助MATLAB编程从原子尺度计算和分析了体心立方(BCC)金属Fe(001)面扭转晶界(GB)的能量和结构, 探讨了晶体间平移和膨胀对体系能量和结构的影响，并与相关实验观察进行了对照。得出了以下主要结论：
（1） 刚性结合的(001)扭转晶界附近的原子位置发生变化，导致个别原子间距非常小、晶界能非常高，表明这种刚性构型是极不稳定的。
（2） 刚性结合的(001)扭转晶界的晶界能不会随扭转角 的增大而增加，而是在个别 （重合位置面密度的倒数）值处出现能量最小。
（3） 当组成晶界的两部分晶体平行于晶界面相对平移时，未松弛的能量呈周期性变化，其周期与最小重复单元的边长 和 有关。相对平移可以降低晶界能，可以间接地从理论上解释材料中晶粒间相对滑移变形的机制，但是这种刚性结合的(001)扭转晶界在平移过程中扭转晶界的能量变化幅度很小。
（4） 刚性结合的(001)晶界，经过膨胀后，未松弛的晶界能大大降低。晶界处的原子在膨胀过程中有充足的活动空间移动到最稳定的位置，以便得到最低的晶界能和最稳定的晶界结构。