[ 논문] 대한금속·재료학회지 ( Kor. J. Met. Mater.), Vol. 48, No. 2, pp. 101~108 101 DOI: 10.3365.KJMM.2010.48.02.101 비정질 합금의 중주기배열구조 및 이 구조가 소성에 미치는 역할: 분자동력학적 연구 이창면 1,2 ·이미림 1 ·이광렬 3 ·강경한 4 ·이병주 4 ·이재철 1, * 1 고려대학교 신소재공학부 2 한국생산기술연구원 열표면기술지원센터 3 한국과학기술연구원 계산과학센터 4 POSTECH 신소재공학과 Medium-range Orders in Amorphous Alloys and Their Role on the Plasticity: A Molecular Dynamics Viewpoint Study Chang-Myeon Lee 1 , Mirim Lee 1 , Kwang-Ryeol Lee 3 , Kyung-Han Kang 4 , Byeong-Joo Lee 4 , and Jae-Chul Lee 1, * 1 Department of Materials Science and Engineering, Korea University, Seoul 136-701, Korea 2 Heat treatment & Plating Technology Service Center, KITECH, Incheon 406-840, Korea 3 Computational Science Center, KIST, Seoul 136-791, Korea 4 Department of Materials Science and Engineering, POSTECH, Pohang 790-784, Korea Abstract : The local structural states of amorphous alloys have been depicted previously via short-range orders (SROs). However, the concept of SROs alone is inadequate and sometimes insufficient to explain the structure-property relation of the amorphous alloys. In this study, we propose new types of medium-range building structures that affect the mechanical properties, plasticity in particular. Using a combination of molecular dynamics simulations and the Voronoi tessellation method, we demonstrate a three-dimensional configuration of icosahedral medium-range orders (I-MROs) and elucidate how these icosahedral orders evolve by the application of shear deformation. It was observed that the structural stability of the icosahedral orders relies largely on how they are linked via percolation and this linking is explained in detail. (Received June 9, 2009) Keywords : amorphous materials, deformation, computer simulation, short(medium)-range order 1. 서론 결정질 합금에서와 같이, 비정질 합금의 소성도 합금의 구조 및 결함에 의존된다. 따라서 비정질 합금의 소성변형 거동에 직접적인 영향을 미치는 인자를 ‘ 구조적 인 관점’ 에 서 밝혀내는 것은 학문적으로나 실용적으로 매우 중요하다. 이러한 측면에서 비정질 합금의 구조상태를 표현하기 위 한 다양한 인자가 제시되고 있다. 자유부피는 대표적인 구 조인자로서 비정질 합금의 구조적 결함으로 작용한다고 알 려져 있으며 [1], 원자충진률 [2] 과 더불어 합금의 구조상 태를 표현하기 위한 물리량으로 매우 널리 사용되고 있다. 퍼텐셜 에너지는 합금 내부에 존재하는 결함이나 원자배 열에 따른 합금의 구조상태를 표현할 수 있다 [3]. 또한 모델링에 자주 사용되는 물리량인 가상온도는 비정질 합 금이 최대 퍼텐셜 에너지를 갖기 위해 필요한 가상적인 온도를 의미하며, 따라서 퍼텐셜 에너지와 유사한 개념으 로 사용될 수 있다 [4]. 이와 같은 구조인자는 합금의 ‘ 거 시적 인 구조상태’ 를 간단한 형태의 통계적인 대표 값으로 정량화 할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 이러한 인자들 은 합금의 구조를 원자수준에서 직접적으로 묘사할 수 없 기 때문에, 국부적인 변형의 생성과 전파과정을 묘사할 수 있는 보다 미시적인 구조인자의 도입이 요구되었다. 1928 년 Ramsey [5] 는 아무리 무질서하고 복잡한 구조 라도 필연적으로 ‘ 규칙 적인 하부구조(ordered substructure)’ 를 가지고 있다고 주장하였다. 이는 비정질 합금에도 짧은 주기성을 가진 단위구조, 즉 ‘단주기배열(short-range *Corresponding author : Jae-Chul Lee [Tel: +82-2-3290-3283, E-mail: jclee001@korea.ac.kr]