层原子为自由原子，下面2层原子为被固定在理想晶格位置用以表征没有熔化的晶体结构．本文是在特定的温度下研究各表面第一层原子的运动情况并与熔化表面的结构和行为相比较，因此对温度的选择比较苛刻，在此选择温度下，既要求各面发生较强的热振动及扩散运动，又要各面不能熔化．HfO2 (110)面会发生过热现象，通过模拟选择，最后在2500K和2800K两个温度的模拟结果进行分析比较．因为前者没有发生熔化，后者已经发生很明显的熔化现象．模拟计算时间步长均为1fs，先将体系驰豫3万步（对体系的结构和能量分析，3万步已足够稳定），以保证体系预先达到热平衡状态，驰豫后各模拟20万步进行统计分析．
HfO2 (110)是密排面，是最稳定表面，模拟构型为6×8×8结构，共384个原子，HfO2 (110)面在高于熔点时会发生过热现象[17,18]，通过模拟探索，最后对2500K和2800K两个温度模拟计算结果进行详细分析．其它控制条件同上．
B 5.30 5.25 5.20 5.15 5.10 5.050500100015002000250030003500
T(K)
近期不同温度下的数据整合
a (?) 26
HfO2在2500K温度下表层原子融化情况
HfO2在2600K温度下表层原子融化情况
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HfO2在2700K温度下表层原子融化情况
HfO2在2800K温度下表层原子融化情况
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4.1.均方位移(MSD)分析
4.1.1均方位移MSD
MSD是分析粒子运动轨迹随时间变化的统计平均[19]，原子由于热运动将偏离其理想晶格位置，由该均方位移随时间的变化可以反映出原子在做振动还是扩散运动．当均方位移不随时间较快增大时，原子处于振动态；而均方位移随时间持续增大时，该原子就有扩散行为．MSD定义如下： MSD?(3)
1N2??r(t)?r(0)?iii，
??其中，ri(t)表示原子i在t时刻的位矢，ri(0)表示原子i在零时刻的位矢．上式给出了N个原子在整个时间t内的均方。
本论文中原子模拟用到的程序是Gulp、Origin8，首先在DOS界面进入程序所在的磁盘，然后依次进入所在文件夹，在DOS在运行Gulp程序，将运行玩的数据保存为res格式。在Origin中运行res文件画出图形
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4.1.2 HfO2在(110)面原子在不同温度下运动方式随时间推移的变化曲线
12108 1 2 3 4 5 6 7 8MSD(A)26420024681012t(ps)图4-1 表面原子在2500k下随时间变化原子均方位移改变的MSD曲线
1 表面1 2表面2 3表面3 4表面4
5表面5 6表面6 7表面7 8表面8
图4-1-1是本实验模型，我们一共建立八层面，其中后四层固定，前四层为自由面，升高温度，考察其表面的熔化情况，在2500K时，由于我们没有对模型进行优化，没有释放该模型中的因为快速加热带来的应力，导致该结果是失败的。如图所示可知，随着时间的变化，原子的第一层，第二层，第三层和第四层在时间为0ps到1ps时MSD是显著的增加。在1ps之后MSD基本不发生变化。其余各层原子的MSD为零。貌似有扩散运动的出现。
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