Применение генетического алгоритма для выбора энергий парных межатомных взаимодействий, обеспечивающих минимум энергии заданного бинарного упорядоченного сплава состава AnBm

Аннотация

В работе представлена методика подбора парных межатомных потенциалов для бинарных металлических сплавов AₙBₘ с ГЦК-решёткой, учитывающая взаимодействия до пятой координационной сферы. Расширение радиуса взаимодействий необходимо для точного описания Фриделевских осцилляций, влияющих на энергию точечных дефектов, устойчивость упорядоченных фаз, кинетику пластической деформации и подвижность дислокаций. Прямой метод перебора параметров приводит к геометрическому росту числа независимых величин и экспоненциальному увеличению вычислительных затрат (≈1045 вариантов при четырёхзначной точности), что делает такой подход непрактичным. Для эффективной оптимизации применён генетический алгоритм, обеспечивающий глобальный поиск в многомерном пространстве и сокращающий время оптимизации до секунд при сохранении точности и воспроизводимости. Проверка потенциалов проведена через моделирование вакансионной диффузии методом Монте-Карло (алгоритм Метрополиса) на двумерной решётке 15×40 при 100 °C; при этом были получены эвтектическая, шахматная и полосчатая структуры. Сочетание физически обоснованной многоканальной модели и эволюционного оптимизатора открывает новые возможности детального широкомасштабного исследования механизмов упорядочения и фазовой динамики многокомпонентных систем. Полученные результаты свидетельствуют о высокой точности и адаптивности разработанного подхода.