Diffusion of interstitial hydrogen into and through bcc Fe from first principles

扩散 八面体 密度泛函理论 溶解 材料科学 吸收(声学) 间质缺损 化学物理 结晶学 凝聚态物理 化学 物理化学 热力学 物理 计算化学 兴奋剂 晶体结构 复合材料 有机化学
作者
De‐en Jiang,Emily A. Carter
出处
期刊:Physical Review B [American Physical Society]
卷期号:70 (6) 被引量:526
标识
DOI:10.1103/physrevb.70.064102
摘要

We report periodic spin-polarized density functional theory (DFT) predictions of hydrogen adsorption, absorption, dissolution, and diffusion energetics on and in ferromagnetic (FM) body-centered cubic (bcc) iron. We find that H prefers to stay on the Fe surface instead of subsurfaces or in bulk. Hydrogen dissolution in bulk Fe is predicted to be endothermic, with hydrogen occupying tetrahedral (t) sites over a wide range of concentrations. This is consistent with the known low solubility of H in pure Fe. In the initial absorption step, we predict that H occupies the deep subsurface t-site for Fe(110) and the shallow subsurface t-site for Fe(100). Diffusion of H into Fe subsurfaces is predicted to have a much lower barrier for Fe(100) than Fe(110). For H diffusion in bulk Fe, we find that H diffuses through bcc Fe not via a straight line trajectory, but rather hops from one t-site to a neighboring t-site by a curved path. Moreover, we exclude a previously suggested path via the octahedral site, due to its higher barrier and the rank of the saddle point. Quantum effects on H diffusion through bulk Fe are discussed.
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