1. IntroductionGeological processes

1. Introduction
Geological processes occurring at the surface of the Earth, such as plate tectonics, volcanic activity and seismic activity, are triggered by large-scale convection in the solid state within deeper layers, i.e. in the upper and lower mantle. The latter, corresponding to depths from 670 to 2900 km below the surface, represents over 60% of the mass of our planet, and its composition is dominated by the (Mg, Fe, Al)(Si, Al) O3 perovskite [1] and [2]. Therefore, determining the properties of defects in this phase is critical for understanding the convection in, and the rheology of, the Earth’s interior, but is very challenging due to the extreme conditions that apply at these depths: pressures ranging from 30 to 140 GPa, temperatures from 500 to 2500 °C, and strain rates from 10-12 to 10-16 s-1.

The microstructure of the perovskite phase is expected to be polycrystalline with grain sizes ranging from 0.01 to several millimeters [3], large enough to allow for intragranular plasticity. Only few experiments have been able to deform magnesium silicate perovskite in conditions relevant to the lower mantle [4] and [5]. If controlling the pressure and temperature conditions remains highly challenging, the relevant deformation rates—equivalent to thousand-year experiments—are simply impossible to achieve in the laboratory. However, numerical simulations can be utilized to shed light on the behavior of phases under these very peculiar conditions [6].

In this work we investigate the plastic behavior of the Mg-rich end-member of this phase, the distorted orthorhombic magnesium silicate MgSiO3 perovskite (hereinafter referred to as Mg-Pv). The choice of slip systems investigated in the present study is driven by the analogy with cubic and tetragonal perovskites, where the reported easiest slip systems are systematically View the MathML source in cubic SrTiO3[7], [8], [9] and [10], tetragonal BaTiO3[7] and [11], CaGeO3[12], CaTiO3[13] and [14], and CaSiO3[15] and [16]. Because of its distorted orthorhombic structure the equivalent slip systems are View the MathML source and View the MathML source in Mg-Pv, i.e. the slip systems with the lowest indexes (see e.g. Fig. 1 in Ref. [5]). Moreover dislocations with Burgers vectors View the MathML source and View the MathML source were observed experimentally [5], and previous calculations using a Peierls–Nabarro model suggest that these two slip systems are the easiest ones [17].

The intrinsic properties of dislocations are determined for these two slip systems by means of atomic-scale simulations, in the range of pressures 30–140 GPa relevant to the Earth’s lower mantle. The atomic core structure, the Peierls stress and their dependence on the isostatic pressure are investigated.

Kết quả (Việt) 2:

1. Giới thiệu
quy trình địa chất xảy ra ở bề mặt của Trái đất, chẳng hạn như kiến tạo địa tầng, hoạt động núi lửa và động đất, được kích hoạt bởi quy mô lớn đối lưu trong chất rắn trong các lớp sâu hơn, tức là trong lớp vỏ phía trên và dưới. Sau này, tương ứng với độ sâu 670-2.900 km bên dưới bề mặt, đại diện cho hơn 60% khối lượng của hành tinh chúng ta, và thành phần của nó bị chi phối bởi các (Mg, Fe, Al) (Si, Al) O3 perovskite [1] và [2]. Do đó, việc xác định các tính chất của các khuyết tật trong giai đoạn này là rất quan trọng cho sự hiểu biết đối lưu trong, và các tính lưu biến của, bên trong Trái Đất, nhưng là rất khó khăn do các điều kiện khắc nghiệt mà áp dụng ở những độ sâu: áp lực khác nhau, 30-140 GPa, nhiệt độ 500-2500 ° C, và tốc độ biến dạng từ 10-12 đến 10-16 s-1. Vi cấu trúc của các giai đoạn perovskite được dự kiến sẽ được đa tinh thể với kích thước hạt khác nhau, từ 0,01 đến vài mm [3], đủ lớn để cho phép dẻo intragranular. Chỉ vài thí nghiệm đã có thể làm biến dạng perovskite magie silicat trong điều kiện có liên quan đến các lớp phủ dưới [4] và [5]. Nếu kiểm soát các điều kiện áp suất và nhiệt độ vẫn rất khó khăn, tỷ lệ tương đương biến dạng liên quan đến hàng nghìn năm thí nghiệm-chỉ đơn giản là không thể đạt được trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, mô phỏng số có thể được sử dụng để làm sáng tỏ về các hành vi của các giai đoạn trong những điều kiện rất đặc biệt [6]. Trong công trình này, chúng tôi điều tra hành vi nhựa của Mg giàu cuối cùng thành viên của giai đoạn này, các biến dạng trực thoi magnesium silicat MgSiO3 perovskite (sau đây gọi tắt là Mg-Pv). Sự lựa chọn của các hệ thống trượt điều tra trong nghiên cứu này được thúc đẩy bởi sự tương tự với perovskites khối và có bốn gốc, nơi mà các báo cáo hệ thống trượt dễ nhất có hệ thống Xem mã nguồn MathML trong SrTiO3 khối [7], [8], [9] và [10 ], có bốn gốc BaTiO3 [7] và [11], CaGeO3 [12], CaTiO3 [13] và [14], và CaSiO3 [15] và [16]. Do cấu trúc méo thoi của các hệ thống trượt tương đương là Xem nguồn MathML và xem mã nguồn MathML trong Mg-Pv, tức là hệ thống chống trượt với các chỉ số thấp nhất (xem ví dụ như hình. 1 trong Ref. [5]). Hơn nữa lệch với Burgers vectơ Xem mã nguồn MathML và xem mã nguồn MathML được quan sát thực nghiệm [5], và các tính toán trước bằng cách sử dụng một mô hình Peierls-Nabarro cho rằng hai hệ thống trượt là những cái dễ nhất [17]. Các thuộc tính nội tại của trật khớp là xác định cho hai hệ thống trượt bằng những mô phỏng nguyên tử quy mô, trong phạm vi của những áp lực 30-140 GPa liên quan đến lớp phủ dưới của Trái đất. Các cấu trúc hạt nhân nguyên tử, sự căng thẳng Peierls và sự phụ thuộc vào áp lực tĩnh định được điều tra.