硕士期间恰巧做过类似的课题:考虑不同浓度的晶体缺陷(可以近似成不同大小的球体)在晶体内随机行走,研究它们相遇之前所需的平均移动步数。
我们通常用一个叫俘获强度(sink strength)的物理量来描述相互碰撞的难易程度:
其中 为每一步的迁移步长, 为相遇之前所需的平均移动步数。俘获强度越大,代表不同球体之间越容易相遇碰撞。俘获强度乘以缺陷扩散速率可以直接得出碰撞的总反应速率,是研究缺陷演化很重要的一个物理量。
两种低浓度球形缺陷之间的俘获强度可以从扩散定律出发推导获得,结果很简单:
其中R为两种球体的作用半径之和, 为两种球体的体积浓度之积。
以上是理论解,为了给出直观的验证,我用蒙特卡洛程序直接模拟了球形缺陷的随机行走,然后和上面的理论结果进行了对比,结果如下:
模拟结果和理论结果基本上还是吻合的很好的。差异部分也有相应的理论解释,细节就不展开了。有兴趣的同学可以看看我发表的这篇论文: