Thesis (Ph. D.)--Columbia University, 1922. / Includes bibliographical references.

Thesis (Ph. D.)--Columbia University, 1922. / Includes bibliographical references.

No description available.

We performed atomistic modeling to study magnetic, mechanical, and thermal properties of materials. We executed molecular statics and dynamics simulations for this study, using density functional theory (DFT) and semi-empirical methods, such as embedded atom method (EAM) and modified embedded atom method (MEAM) potentials. In our first study, we showed that when Al atoms are substituted in barium hexaferrite, the total magnetization monotonically decreases due to the fact that Al atoms preferentially occupy the majorly contributing magnetic sites. The second study was to explore the diffusion mechanism of Ba atoms in hematite in order to study new techniques to build spherical nano-magnetic-particles. In the third study, we showed tungsten carbide growth is inhibited in the presence of vanadium carbide. In the fourth study, we showed how the mechanical and thermal properties of iron changes with vanadium doping with a newly developed MEAM interatomic potential. The physical properties of calcium were calculated in the next study, by the development of a MEAM potential which can be used for multiscale modeling. In the sixth study, the melting temperature of nanoparticles was analyzed and shown to decrease with a decrease of its size, confirming that the bulk properties of the material significantly change in its nano counterpart. Finally a portion of this research was dedicated for the simulation of sintering mechanisms of tungsten nanoparticles at different temperatures and pressures. While the first three studies were based on DFT, the last four studies focused on understanding physical phenomena using EAM/MEAMpotentials.

In this study the effect of hydrogenation on the optical properties in the wavelength range 400-1023 nm of an ultrathin iron-vanadium superlattice is investigated. Specifically, mea- surements of transmission are performed under different states of hydrogenation, along with measurements of absolute hydrogen concentration and hydrogen site occupancy. The trans- mission measurements are used to construct pressure-concentration isotherms. Isotherms and transmission data are in turn correlated to concentration and hydrogen occupancy.  The results show a wavelength dependent decrease in transmission with hydrogenation. The decrease is greatest around 550 nm, and the wavelength of maximum decrease shifts to higher wavelengths with increasing hydrogen pressure. The non-uniform decrease will make the use of transmission as a measurement of hydrogen concentration dependent on the wavelength of the probing light.  15N resonant NRA is used to perform direct, real-space measurement of absolute hydro- gen concentration. The achieved concentrations are 0.092, 0.38 0.40 H/V. Comparing the concentrations and corresponding transmissions to the location of the plateau region in the transmission based isotherms, it appears that the system is in a single phase at 0.38 and 0.40 H/V, and in a mixed phase at 0.092 H/V. Using a combination of resonant NRA and RBS, while exploiting crystal lattice ion channeling, indirect measurements of hydrogen site occupancy are performed. At all investigated concentrations the system does not display tetrahedral site occupancy, but it remains uncertain whether the occupancy is octahedral or some dislocated octahedral-tetrahedral intermediate.  The relation of hydrogen concentration and optical transmission is investigated via a linear regression analysis. The data points generally deviate by more than one standard deviation from the fitted lines, and lie outside of the error estimation. These deviations might indicate that a linear model is inappropriate, where one possible explanation could be that the mapping from transmission to concentration is dependent on the phase of the system. / Den här studien undersöker upptag av väte i en supertunn kristallstruktur bestående av omväxlande lager av vanadin och järn, samt vätets inverkan på de optiska egenskaperna i våglängdsområdet 400-1023 nm. Specifikt genomförs mätningar av genomsläpp av ljus, under olika nivåer av väteupptag. I samband med dessa mätningar genomförs också mätningar av absolut vätekoncentration och av väteatomernas position i kristallstrukturen. Mätningarna av ljusgenomsläpp används för att skapa isotermkuror över tryck och koncentration. Isotermkurvorna och genomsläppligheten av ljus korreleras till vätekoncentration och väteatomernas position i kristallstrukturen.  Resultaten visar en våglängdsberoende minskning av ljusgenomsläppligheten med en ökande mängd väte i kristallstrukturen. Minskningen är som störst omkring 550 nm, samtidigt som våglängden för störst minskning flyttas mot högre våglängder med högre koncentration av väte. Att minskningen i genomsläpplighet är beroende av våglängd innebär att ljusgenomsläpp som metod för att mäta vätekoncentration är beroende av den ljusvåglängd som används. Metoden 15N resonant NRA används för att genomföra direkta mätningar av absolut vätekoncentration. De uppmätta koncentrationerna är 0.092, 0.38 och 0.40 H/V. När dessa koncentrationsmätningar jämförs med genomsläpplighet och tillhörande isotermkurvor, så verkar det som att systemet befinner sig i en enskild fas vid koncentrationerna 0.38 och 0.40 H/V, och i en blandad fas vid koncentrationen 0.092 H/V. Indirekta mätningar av vätets position i kristallstrukturen genomförs baserat på en kombination av resonant 15N NRA och RBS, där det utnyttjas att projektiljonerna under vissa förutsättningar kan komma att styras in i kristallstrukturen (på engelska crystal lattice ion channeling). Vid de tre uppmätta koncentrationerna så visar systemet inga tecken på att väteatomerna finns på tetrahedrala positioner. Det är inte helt uppenbart om väteatomerna istället finns på oktahedrala positioner, eller om det handlar om förskjutna positioner som är mellanliggande till oktahedrala och tetrahedrala. Relationen mellan vätekoncentration och optisk genomsläpplighet analyseras med linjär regression. Datapunkterna avviker generellt med mer än en standardavvikelse från de anpassade linjerna, och ligger utanför feluppskattningen. De här avvikelserna kan indikera att en linjär modell inte är lämplig, och en möjlig förklaring kan vara att ljusgenomsläppligheten beror av den fas i vilken systemet befinner sig.