Kinetische Monte-Carlo (KMC) Simulationen sind ein wertvolles Hilfsmittel für das Studium der detaillierten Kinetik von Atomkonfigurationen in Legierungen. Diese Art von Simulation ist aber stark von den bereitgestellten Atomsprungfrequenzen abhängig. Basierend auf der Transition State Theorie werden diese durch eine zu überwindende Energiebarriere berechnet, die die Differenz zwischen einem Ausgangs- und einem Sattelpunktszustand
darstellt. Während die Konfigurationsabhängigkeit des Ausgangszustandes normalerweise explizit berücksichtigt wird, wurde die Energie des Sattelpunktes üblicherweise auf einen fixen Wert gesetzt oder von der springenden Atomspezies abhängig gemacht.
In dieser Arbeit wird ein verbesserter KMC Algorithmus mit variablen, also konfigurationsabhängigen, Sattelpunktslagen vorgestellt und für das L12 geordnete Modellsystem Ni3Al angewendet. Diese technologisch interessante intermetallische Verbindung dient als Beispiel für eine grosse Klasse an Materialen, bei denen ihr hochgeordneter Zustand zu günstigen Eigenschaften führt (Widerstand gegen Korrusion, ...). In diesem System muss ein Atom das seinen Platz mit einer Leerstelle tauscht durch ein 4-Atom-Fenster, gebildet von gemeinsamen Nachbarn, springen. Es stellt sich heraus, dass die Konfiguration dieses Fensters für die Höhe der Sprungbarriere ausschlaggebend ist.
Aus diesem Grund wurde vollständiges Set von Energieprofilen aller möglichen Sprung- und Fenstertypen mit Hilfe des VASP Softwarepakets durch ab initio Berechnungen erstellt. Aus diesen Profilen wurden Energiebarrieren errechnet, die als Input für KMC Simulationen dienten. Damit wurde
der Einfluss von variablen Barrierenhöhen auf die Kinetik studiert und mit der üblichen Formulierung mit konstantem Sattelpunkt verglichen.
Es stellt sich heraus, dass konfigurationsabhängige Sattelpunktsenergien einen beträchtlichen Unterschied ausmachen, sowohl in der gesamten Kinetik,
als auch in einer detailierten Sprungstatistik.Kinetic Monte-Carlo (KMC) simulation is a valuable tool for studying detailed atom configuration kinetics in alloys.
This kind of simulation is, however, only as good as the single atom jump frequencies provided. Generally, invoking transition state theory, they are determined by an energy barrier to be surmounted, which is the difference between an initial state and a saddle point. While the configuration dependence of the initial state energy is usually treated explicitly, the saddle point energy was mostly set constant or made dependent on the atomic species in traditional treatments.
In this thesis an improved KMC algorithm with variable, configuration dependent saddle point heights is introduced and demonstrated for the L12 ordered model system Ni3Al.
This technologically interesting intermetallic compound acts as a role model for a wide class of materials where the highly ordered state leads to favorable properties
(corrosion resistance, high-temperature strength,...). In this system an atom in order to exchange its position with a vacancy has to pass through a 4-atom window of common nearest neighbors. It turns out that the occupation of this window by either atom type is decisive for the height of the related barrier.
Therefore a complete set of energy profiles for all possible jump types and window occupations was calculated ab inito employing the VASP code. Energy barriers derived from these profiles were used as an input for KMC simulations with the intention to test the influence of the variable saddle point formulation against the traditional
fixed saddle point assumption.
It is shown that configuration dependent saddle point energies make a considerable difference in both overall kinetics and detailed jump statistics
