A general approach is applied to study a new type of intrinsic spatially localized vibrational modes in a defect free nonlinear crystal lattice, i.e., discrete breathers (DBs). For that, dynamics of eight delocalized nonlinear vibrational modes (DNVMs) of two-dimensional triangular lattice is investigated in three-dimensional single crystal of hcp Ti. Molecular dynamics simulations are performed using two interatomic potentials (Ti_EAM and Ti_MEAM). The eight DNVMs modeled with Ti_EAM potential are found to be unstable and dissipate their vibrational energy very rapidly. The usage of Ti_MEAM interatomic potential allows to excite stable two-dimensional (planar) DBs. These localized vibrational modes can be called DBs, since the frequency of atomic oscillations is above the upper edge of the phonon spectrum of Ti, and the atomic oscillations are localized in one spatial direction and delocalized in the other two directions. The lifetimes of the two-dimensional DBs are in the range of 5–14 ps, while the maximal lifetime of DBs excited on the basis of DNVM 7 is circa 28 ps. These DBs can accumulate vibrational energy, which is in the range of 0.1–0.5 eV per atom. The stable two-dimensional DBs are characterized by a hard type of nonlinearity. A comparison with analogous two-dimensional DBs in fcc metals are undertaken. The obtained results make a significant contribution to the study of DBs in metals and will be important for understanding the influence of intrinsic localized vibrational modes on the physical properties of materials.

Graphical abstract

中文翻译：

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hcp钛中二维离散呼吸器的原子研究

一种通用的方法被应用于研究一种新型的无缺陷非线性晶格中的固有空间局部振动模式，即离散呼吸器（DB）。为此，在 hcp Ti 的三维单晶中研究了二维三角晶格的八种非定域非线性振动模式 (DNVM) 的动力学。使用两个原子间势（Ti_EAM 和 Ti_MEAM）进行分子动力学模拟。用 Ti_EAM 势建模的 8 个 DNVM 被发现是不稳定的，并且会非常迅速地消散它们的振动能量。Ti_MEAM 原子间势的使用允许激发稳定的二维（平面）DB。这些局部振动模式可以称为 DB，因为原子振荡的频率高于 Ti 声子谱的上边缘，并且原子振荡在一个空间方向上是局域的，而在其他两个方向上是离域的。二维 DB 的寿命在 5-14 ps 范围内，而基于 DNVM 7 激发的 DB 的最大寿命约为 28 ps。这些 DB 可以积累振动能量，每个原子的振动能量范围为 0.1-0.5 eV。稳定的二维 DB 具有硬类型的非线性特征。与 fcc 金属中的类似二维 DB 进行了比较。所得结果对金属中 DB 的研究做出了重大贡献，对于理解本征局域振动模式对材料物理性质的影响具有重要意义。二维 DB 的寿命在 5-14 ps 范围内，而基于 DNVM 7 激发的 DB 的最大寿命约为 28 ps。这些 DB 可以积累振动能量，每个原子的振动能量范围为 0.1-0.5 eV。稳定的二维 DB 具有硬类型的非线性特征。与 fcc 金属中的类似二维 DB 进行了比较。所得结果对金属中 DB 的研究做出了重大贡献，对于理解本征局域振动模式对材料物理性质的影响具有重要意义。二维 DB 的寿命在 5-14 ps 范围内，而基于 DNVM 7 激发的 DB 的最大寿命约为 28 ps。这些 DB 可以积累振动能量，每个原子的振动能量范围为 0.1-0.5 eV。稳定的二维 DB 具有硬类型的非线性特征。与 fcc 金属中的类似二维 DB 进行了比较。所得结果对金属中 DB 的研究做出了重大贡献，对于理解本征局域振动模式对材料物理性质的影响具有重要意义。稳定的二维 DB 具有硬类型的非线性特征。与 fcc 金属中的类似二维 DB 进行了比较。所得结果对金属中 DB 的研究做出了重大贡献，对于理解本征局域振动模式对材料物理性质的影响具有重要意义。稳定的二维 DB 具有硬类型的非线性特征。与 fcc 金属中的类似二维 DB 进行了比较。所得结果对金属中 DB 的研究做出了重大贡献，对于理解本征局域振动模式对材料物理性质的影响具有重要意义。

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