Bayesian inference and uncertainty quantification for modeling of body-centered-cubic single crystals
Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本文通过贝叶斯模型校准和全局敏感性分析，研究体心立方单晶钼在静压到冲击载荷下的变形行为，识别关键物理假设和不确定性，并验证模型预测能力。
2025-12-30 cond-mat.mtrl-sci
The Material Orientation Relationship for the BCC-HCP Transition
提出了bcc-hcp转变的马氏体晶体形成的动力学模型。结果表明，所有宏观形态特征（惯习面，宏观剪切和取向关系）表示通过弹性模量Cij的初始bcc相。
2007-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Non-linear elastic effects in phase field crystal and amplitude equations: Comparison to ab initio simulations of bcc metals and graphene
我们研究了相位场晶体模型中的非线性弹性形变，并推导了振幅方程。两个来源的非线性被发现，其中之一是基于几何非线性表示通过有限应变张量。它反映了连续体模型的欧拉结构，并正确地描述了刚度的应变依赖性。通常，相关应变张量与左柯西-格林变形张量有关。在各向同性的一维和二维情况下，弹性能可以通过正确的变形张量等效地表示。预测的各向同性低温非线性弹性效应与体心立方的体积模量导数$K'=4$的Birch-Murnaghan状态方程直接相关。二维的推广建议使用$K'_{2D}=5$。这些预测是在协议与各种体心立方元素和石墨烯的大应变体变形的从头计算结果。如果考虑密度波振幅的应变依赖性，则会出现物理非线性，并导致弹性弱化。对于各向异性变形，振幅的大小取决于它们与所施加应变的相对取向。
2016-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Superionic-like diffusion in an elemental crystal: bcc Titanium
最近的理论研究[Belonoshko et al. Nature Geoscience 10，312（2017）]揭示了在内核温度和压力下bcc Fe中几个原子的协同迁移。在这里，我们结合第一性原理和半经验原子模拟表明，扩散机制类似于预测的体心立方铁在极端条件下也是操作和相关的高温体心立方相纯钛在环境压力下。该机制需要大量（从两个到几十个）邻居沿着无缺陷晶体区域中的缠结闭环路径快速集体运动。我们认为，这种现象非常类似于超离子和液态金属的扩散行为。此外，我们认为，协同迁移是消失的小W-模式的声子频率先前通过中子散射检测到的原子的表现形式和潜在的机制异常大，显着的非Arrhenius自扩散特性的体心立方钛。
2019-06-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Calculation of dislocation positions and curved transition pathways in BCC crystals from atomic displacements
晶体中位错滑移的热力学描述主要取决于位错在晶格中移动时必须克服的Peierls势垒的形状。虽然可以使用鞍点搜索算法（如Nudged Elastic Band（NEB）方法）明确获得该势垒的高度，但其确切形状取决于系统过渡路径的所选近似。本文的目的是制定一个程序，允许识别的位错的位置直接从原子的位移在其核心。我们研究这个模型的性能，通过计算曲线路径的1/2[111]螺旋位错在钨最近获得的一系列图像使用NEB方法在零施加应力和垂直于滑移方向的正/负剪应力。沿着这些弯曲的路径绘制的Peierls障碍被证明是相当不同的，从那些先前通过假设直位错路径。
2014-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Direct Observation of Entropic Stabilization of bcc Crystals Near Melting
预测具有低潜热的晶体从熵稳定的体心立方对称熔化。在这个弱的一阶跃迁中，预计会出现强相关的波动，这可能会改变跃迁的性质。在这里，我们将展示如何大的波动稳定体心立方晶体形成的带电胶体，引起强烈的幂律相关的异质动力学。此外，我们发现，显着的非仿射粒子位移导致的非仿射剪切模量在过渡消失。我们解释这些意见，重新制定的博恩-黄理论占nonaffinity，说明了一个场景的有序固体达到一个经典的晶格动力学失败的状态。
2017-02-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Phase-field-crystal model for fcc ordering
我们发展并分析了一个描述面心立方有序化的双模相场晶体模型。该模型通过耦合对应于和倒易晶格矢量的两组不同的晶体密度波来制定<111><200>，所述两组不同的晶体密度波被选择以形成三元组，以便产生具有晶体和液相共存的简单自由能景观。通过多晶和（111）孪晶生长的数值算例证明了该方法的可行性。我们使用一个双模式的振幅扩展的特点分析的自由能景观的模型，确定参数范围，FCC是稳定的或亚稳定的BCC。此外，我们推导出面心立方和体心立方的弹性常数的解析表达式。这些表达式表明，[200]密度波的非零振幅对于获得具有非零四阶剪切模量（C11 - C12）/2的机械稳定的fcc晶体是必不可少的。我们通过按照为bcc [K.-]开发的方法拟合峰值液体结构因子性质和固体密度波振幅来确定特定材料的模型参数。A. Wu和A. Karma，Phys.Rev.B76，184107（2007）]。这个过程产生合理的预测的弹性常数bcc Fe和fcc Ni使用输入参数从分子动力学模拟。该模型的应用，二维正方形晶格也简要审查。
2010-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of twin boundary effect on the crack growth behaviour in BCC Fe
本文采用分子动力学模拟研究了孪晶界对体心立方铁单晶裂纹扩展行为的影响。研究了（111）$<$ 110 $>$（裂纹面/裂纹前缘）取向的原子级尖锐裂纹在恒应变速率下的扩展。为了研究孪晶界对裂纹扩展行为的影响，在垂直于裂纹扩展方向上引入了单个和多个孪晶界。结果表明，体心立方铁单晶中的（111）$<$ 110 $>$裂纹以脆性方式扩展。然而，随着孪晶界的引入，在裂纹尖端观察到明显的塑性形变。此外，增加孪晶界的数量增加了塑性形变的量，导致更好的抗裂性和高的失效应变。最后，一个有趣的关系已经观察到裂纹扩展速率和流动应力之间。
2021-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Ginzburg-Landau theory of crystalline anisotropy for bcc-liquid interfaces
界面自由能$γ$的弱各向异性是影响具有原子级粗糙固-液界面系统中枝晶生长形态的关键参数。采用Ginzburg-Landau理论研究了体心立方（bcc）形成系统的各向异性的物理起源和定量预测，其中序参量是对应于主倒易晶格矢量的密度波的振幅。我们发现，这个理论预测正确的符号，$γ_{100}>γ_{110}$，和幅度，$(γ_{100}-γ_{110}) / (γ_{100}+γ_{110})\approx 1%$，这种各向异性的MD模拟的结果与Fe。结果表明，固体密度波进入液体的空间衰减率的方向依赖性，由晶体结构施加，是各向异性的主要决定因素。通过对$\{110\}$晶面不同倒易晶格矢量密度波剖面的MD计算，验证了这种方向依赖性。我们的结果与根据Ginzburg-Landau理论[Shih \emph{et al.}，Phys. Rev. A { \bf 35}，2611（1987）]的早期公式预测的逆序$γ_{100}<γ_{110}$进行了对比。
2006-01-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Anisotropy in interface stress at the BCC-iron solid-melt interface: molecular dynamics and phase field crystal modelling
固-熔界面处的界面应力一般是各向异性的。界面应力的各向异性可以使用分子动力学（MD）和相场晶体（PFC）模型来评估。在本文中，我们报告我们的结果评估的各向异性界面应力在体心立方固体与其熔体。具体来说，我们研究铁使用MD和PFC模型。我们发现，虽然MD和PFC可以用于评估，PFC和基于PFC的振幅方程给出定量一致的结果，MD和PFC的结果是定性相同的，但不匹配定量。我们还发现，即使在BCC中界面自由能只有弱的各向异性，界面应力的各向异性也很强。这种强的各向异性对这些材料在纳米尺度上的平衡形状、生长形态和其他性质具有影响。
2021-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ordering at Solid-Liquid Interfaces Between Dissimilar Materials
在较早的报告中，我们探讨了结构的相关性在液-固界面与分子动力学模拟的模型铝系统使用Ercolessi-Adams势和多达4320个原子。衬底原子被钉扎到它们的平衡fcc晶体位置，而液体原子自由移动。在液相中的订购量和底层基板orientation. In本论文中，我们扩展这项研究的情况下，一个固定的体心立方基板接触液态铝之间的直接相关性。我们发现（100）和（110）衬底的密度分布令人惊讶地相似。然而，在（100）系统中存在比（110）系统大得多的面内有序。对于（100）衬底，我们观察到液体原子吸附到bcc（100）衬底的终止面，有效地
2001-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Cascading crystallographic transitions and melting curve of elemental zirconium
对于每个鉴定的结晶相α、ω、β、β ′和β双′分别分析的实验数据的精确拟合产生与文献中所要求的不同的体积模量Bo和Bo ′以及不同的零压体积（Vo）。特别注意的是，体心立方相表示级联过渡β到β素数β双素数与体积塌陷。本分析揭示了存在的BCC-β总理阶段，这是第一次在这里报道。结果表明，在约58 GPa β到β '的一级体积坍塌之后，是一个温和的过渡到bcc-β双'相。β ′相在110 GPa下是稳定的。在110 GPa以上bcc-β双素数占主导地位，并稳定到约220 GPa。导出的bcc-双素体模量通过Lindemann-Gilvarry准则确认，因为Bo和Bo素数同时拟合P-V EOS和P-T熔化数据点（组合方法）。元素Zr的计算的熔化曲线，考虑到热压力Poth移位和升高的熔化Tmo Prime在Poth，产生非常好的拟合的实验熔化数据，允许安全的外推到高压和高温。此外，结合的方法导致直接确定的Greuneisen参数gammao，需要应用近似的Lindemann-Gilvarry熔化公式。
2020-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Path-integral Monte Carlo study of phonons in the bcc phase of Helium-3
采用路径积分蒙特卡罗方法和最大熵方法，计算了有限温度T = 1.6 K，摩尔体积为21.5 cm ^3时，体心立方相He-3固体的动态结构因子。由单声子动力学结构因子，我们得到了沿主晶向[001]，[011]和[111]的纵向和横向声子分支。我们的结果与其他理论预测和现有的实验数据进行了比较。
2006-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Lattice distortion and atomic displacements during the fcc/bcc martensitic transformation
从我们以前的马氏体相变模型，原子位移和晶格变形从面心立方（fcc）到体心立方（bcc）相的连续矩阵计算与不同的可能的最终取向关系，如贝恩，Pitsch和Kurdjumov-Sachs（KS）协议。计算中引入的角畸变是跃迁的自然序参量。对应于KS的畸变是唯一尊重fcc和bcc相的致密方向和致密平面的平行性的畸变。本文给出了与马氏体相变相关的经典晶体学理论和剪切概念的替代方案。
2015-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Coarse molecular-dynamics analysis of stress-induced structural transitions in crystals
提出了一种用于研究有限温度下应力诱导晶体结构转变的粗分子动力学方法。该方法依赖于一个粗略的变量（序参量，可观察），参数化的变化，在转换过程中的有效自由能的适当选择。结果报告的bcc-六方晶系的晶格转变压力下。我们探索粗变量空间，以重建一个有效的自由能景观量化不同的亚稳盆地的相对稳定性和定位的发病，在临界压力，bcc到hcp的转变。
2006-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Modeling changes in atomic structure around a vacancy with increasing temperature and calculation of temperature dependences of vacancy characteristics in bcc iron
National Research Nuclear University MEPhI（莫斯科国立核能研究大学）；National Research Center "Kurchatov Institute"（库尔恰托夫国家研究中心）
本文提出自然恒温器算法模拟温度对原子间距离的影响，发现含空位系统中前十个配位球半径随温度线性增加，但系数不同于完美晶体热膨胀系数，并计算了bcc铁中空位形成能与弛豫体积的温度依赖性，对精确计算原子扩散系数具有重要意义。
2025-10-18 cond-mat.mtrl-sci
The wave model of martensite growth for the FCC-BCC transformation of iron-based alloys
这本书是科学文献中的第一本专著，致力于铁基合金中的FCC-BCC转变，其中动力学方法用于解释马氏体生长阶段。冷却马氏体晶体的快速生长被认为是一个由准纵向晶格位移波（DW）控制的自组织过程。DW初始激励的状态是刚性的。DW具有来自超声波带的频率~ $10^{10} sec^{-1}$和提供变形水平~ $10^{-3}$的振幅。分析了非平衡d电子产生DW的必要条件。广泛的问题（从电子光谱的特性宏观形态指标），与铁基合金的FCC-BCC马氏体相变的物理解释，进行了讨论。在专着的结论中给出了对建立描述马氏体形核过程的物理模型具有根本意义的结果的简短回顾。结果表明，非均匀形核和波动长大过程与FCC-BCC马氏体相变有着遗传联系。最后一位作者的结果揭示了FCC-BCC马氏体相变的所有替代品的马氏体晶体形成的物理机制控制过程的特点的简短回顾给出了专着的结语。
2010-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Equilibrium Fluid-Crystal Interfacial Free Energy of Bcc-Crystallizing Aqueous Suspensions of Polydisperse Charged Spheres
界面自由能是亚稳熔体结晶过程中的一个中心量。在带电胶体球的悬浮液中，成核和生长动力学可以从光学实验中准确地测量。在以前的工作中，从这个数据有效的非平衡值之间的界面自由能的新兴体心立方核和相邻的熔体在依赖于熔体相和结晶相之间的化学电势差，使用经典的成核理论。观察到界面自由能的严格线性增加作为增加的亚稳定性的函数。在这里，我们进一步分析了五个带电球体和一个二元混合物的水悬浮液的数据。我们利用一个简单的外推方案，并解释我们的研究结果，鉴于特恩布尔的经验规则。我们的第一个估计的减少界面自由能，$σ_{0,bcc}$，共存的平衡流体和bcc-晶体相之间是几个$k_BT$的顺序。它们的值是不相关的任何静电相互作用参数，而是显示出系统的减少，增加尺寸多分散性和较低的值的混合物相比，纯组分。同时，$σ_0$与冻结熵也呈现近似线性相关。因此，严格单分散带电球体的平衡界面自由能可能更大。
2015-12-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Physical nature of fcc-bcc martensitic transformation in iron based alloys
总结了作者提出的揭示马氏体晶体形成物理机制特征的模型。冷却马氏体晶体的快速生长被认为是一个由准纵向晶格位移波（DW）控制的自组织过程。结果表明，在自发的fcc-bcc马氏体相变中，非均匀形核和波动生长过程具有遗传联系。应变马氏体形成的博览会被认为是在一个晶体模型的背景下。
2005-12-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
High Pressure Phase Diagram of Beryllium from \emph{Ab Initio} Free Energy Calculations
采用第一性原理分子动力学模拟结合热力学积分方法研究了铍在1600 GPa压力下的hcp-bcc相变和熔化。通过平衡固液两相的吉布斯自由能，得到了熔点线，并用SimonGlatzel拟合$T_m= 1564~\text{K} (1 + P/(15.6032 ~\text{GPa}))^{0.383}$表示，与6000 K以下的两相模拟结果吻合较好.我们还推导出hcp-bcc固-固相边界，并表明准谐波近似低估了hcp结构的稳定性，预测hcp和bcc相之间的较低的过渡压力。然而，我们的结果是一致的声子准粒子方法预测的稳定性制度。我们还预测了hcp-bcc-liquid的三相点位于164.7 GPa和4314 K。此外，我们还计算了冲击Hugoniot曲线，结果表明，它与实验符合得很好，并与我们导出的熔化曲线在4900 K时$\sim$ 235 GPa相交。最后，我们证明了在液态下，在低温和高温下与熔化曲线相交的等熵压缩路径，可以在大到7000 K的间隙后在固体中再现。因此，我们预测，熔化曲线的大部分可以被采样，在原则上，通过斜坡压缩实验，其中固体和液体Be将共存的样品被压缩。
2021-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics study of hcp/fcc nucleation and growth in bcc iron driven by uniaxial strain
采用分子动力学模拟研究了体心立方铁单晶在高应变率加载下的结构相变。我们研究了六方密堆积（hcp）和面心立方（fcc）相的形核和生长，以及它们的晶体取向依赖性。结果表明，相变压力对晶体取向的依赖性较小（沿[001]、[011]和[111]方向加载时，$\mathtt{\sim}$为14 GPa）。然而，[011]加载的混合相的压力间隔比沿其他方向加载的短得多。[001]方向加载时的温升幅度明显低于其它方向。用拓扑中程序分析方法研究了hcp/fcc形核过程。当沿[001]方向加载时，首先在（011）$_{\text{bcc}}$面内形成六角密排结构，并以少量面心立方原子为中间结构，逐渐长大为层状结构。当沿[011]和[111]方向加载时，观察到hcp和fcc结构沿$_{\text{bcc}}$ {110}面形核和生长，并对其形貌进行了讨论。
2009-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effective structural unit analysis in hexagonal close packed alloys -- reconstruction of parent beta microstructures & crystal orientation post processing analysis
具有同素异形相变的材料可以导致形成微观结构，其中晶粒具有由相变历史确定的取向关系（OR）。这些微观结构影响最终材料的性能。在锆合金中，存在固态体心立方（BCC）到六方密堆积（HCP）相变，其中HCP相的晶体取向可以通过Burgers取向关系（BOR）与母体BCC结构相关。在目前的工作中，我们适应的重建代码开发的钢，使用马尔可夫链聚类算法分析电子背散射衍射（EBSD）的地图，并将其应用到HCP和BCC BOR。该算法作为开源代码发布（通过github，作为ParentBOR）。该算法能够对原始和重建数据集进行新的后处理，以分析存在的HCP α相的变体，并了解每个母体β晶粒内的共享晶面和共享晶格方向，我们预计这有助于了解最终微观结构的变形相关特性。最后，我们比较了ParentBOR代码与最近发布的MTEX实现的重建代码，以揭示微观结构如何描述的差异和相似之处。
2021-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Calculations of the Krypton Phase Diagram and Novel Plasticity
The University of Edinburgh（爱丁堡大学）
该研究采用多种方法构建氪的相图，发现其体心立方相含高迁移率的“贪心蛇”缺陷，重新解读了熔体曲线异常，还对比了两体势与MACE模型的适用性。
2026-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Study of size effects in the structural transformations in bcc Zr films
采用分子动力学方法，在嵌入原子模型下，采用原子间相互作用的多体势，研究了膜厚和温度对体心立方锆（001）晶向无限大薄膜结构相变的影响。结果表明，体心立方Zr薄膜的相变机制、相变顺序和最终结构与薄膜厚度密切相关。在（001）面厚度达6.1 nm的薄膜中，经历了一个由中间亚稳fcc相向bcc（110）相的取向转变，然后在冷却时观察到一个弥散的bcc（110）$\rightarrow$ hcp转变。在厚度为6.1至8.2nm的膜中，在冷却时由于剪切变形而形成孪晶fcc相，使得膜表面获得阶梯状起伏。随着bcc（001）薄膜厚度的进一步增加，发生马氏体相变，形成孪晶hcp结构，薄膜表面呈波浪状。计算了体心立方和面心立方晶格的体积模量和弹性模量。结果表明，对于面心立方相的晶格稳定性条件满足在体和薄膜系统。
2012-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-stabilized dual-BCC polymorphism in a rhenium-based high-entropy alloy
University of Alabama at Birmingham（阿拉巴马大学伯明翰分校）
研究通过高压合成了一种稳定的双体心立方结构，揭示了压力在复杂合金中调控多形结构的有效性，为高熵合金的多形工程提供了新途径。
2026-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Ginzburg-Landau theory of the bcc-liquid interface kinetic coefficient
我们扩展了原子粗糙bcc-液体界面的Ginzburg-Landau（GL）理论[Wu { \it et al.}，Phys. Rev. B \textbf{73}，094101（2006）]。我们使用这个扩展推导出的动力学系数，这是比例常数$μ(\hat n)$之间的界面速度沿方向$\hat n$正常的接口和接口过冷度的解析表达式。动力学系数表示为对应于不同非线性密度波剖面的梯度平方项之和沿法线方向的空间积分。各向异性自然地产生于这些分布对主倒易晶格矢量$\vec K_i$和$\hat n$之间的角度的依赖性。将$(100)$、$(110)$和$(111)$界面的动力学系数的值与线性Mikheev-Schiff（MC）理论[J. Cryst. Growth \textbf{112}，591（1991）]的预测和先前的Fe的经典模型的结晶动力学的分子动力学（MD）模拟研究进行定量比较。这里进行额外的MD模拟来计算液体中密度波的弛豫时间，以使这种比较不受拟合参数的影响。GL理论预测的$μ$的MC理论，但产生一个更好的协议与MD模拟的大小和各向异性由于一个完全非线性描述的密度波剖面整个固液界面。GL理论还被用来推导出$μ$和固液界面自由能之间的反比关系。这里用来推导$μ(\hat n)$表达式的一般方法也适用于从相场晶体模型推导出的振幅方程，相场晶体模型与GL理论的区别仅在于自由能密度中…
2014-10-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Polymorphism, crystal nucleation and growth in the phase-field crystal model in 2d and 3d
我们应用一个简单的动力学密度泛函理论，相场晶体（PFC）模型的过阻尼保守动力学，以解决多态性，晶体成核，和晶体生长的扩散控制的限制。我们细化的相图为3D，并确定线自由能在2D中，在2D和3D的成核势垒的高度，通过解决各自的欧拉-拉格朗日（EL）方程。我们证明了在PFC模型中，体心立方（bcc），面心立方（fcc）和六方密堆积结构（hcp）竞争，而简单立方结构是不稳定的，并且可以通过改变模型参数来调整相位偏好：接近临界点时，bcc结构是稳定的，而远离临界点时，fcc结构占优势，在它们之间存在hcp稳定域。我们注意到，随着距离临界点的距离的增加，平衡形状从球形变化到特定的小平面形状：菱形十二面体（bcc），截角八面体（fcc）和六棱柱体（hcp）。求解提供有守恒噪声的PFC模型的运动运动方程，凝固开始于非晶前体相的成核，稳定的结晶相成核到该非晶前体相中。生长速率被发现是时间依赖性和各向异性，其中各向异性取决于驱动力。我们表明，由于扩散控制的生长机制，这是特别相关的胶体系统中的晶体聚集，树枝状生长结构演变的大规模等温单组分PFC模拟。最后，我们提出的二元PFC模型中的共晶凝固的结果。
2010-03-04 cond-mat.mtrl-sci
A Micromechanical Model of Hardening, Rate Sensitivity and Thermal Softening in BCC Single Crystals
本文建立了体心立方晶体硬化、速率敏感性和热软化的微观力学模型。在建立模型时，我们特别考虑了以下单元过程：双扭结的形成和热激活扭结运动;原生位错和森林位错之间的近距离相互作用，导致形成jog;位错通过随机排列的森林位错的渗透运动，引入不同强度的短程障碍物;由于双交叉滑移产生的位错增殖;和位错对湮灭。该模型能反映Ta晶体的一些显著特征，如：初始屈服点与温度和应变速率的关系，存在明显的易滑移阶段Ⅰ，特别是在低温和高应变速率下，硬化阶段Ⅱ的突然出现，并随着温度的升高或应变速率的降低而向低应变方向移动并最终消失;在低应变速率或高温下的抛物线II阶段硬化;在高应变速率或低温下的II阶段软化;在高应变下的饱和趋势;饱和应力的温度和应变速率依赖性;以及硬化速率的取向依赖性。
2001-03-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Framework for Quasiperiodic Interfaces: Proximal Coincidence Point Set and Computation
Peking University（北京大学）；Xiangtan University（湘潭大学）；Wuhan University（武汉大学）
本文提出一种统一的理论和计算框架，将数学准周期性与经典晶体学模型联系起来，通过严格的切割和投影构造，扩展了经典相遇点晶格模型，并结合物理激励的扰动，解释界面原子运动和视觉不可区分性。
2026-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Crystal forming ability of amorphous refractory metals under nanoindentation: a molecular dynamics study
Czech Technical University in Prague（布拉格捷克技术大学）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2)（加泰罗尼亚纳米科学和技术研究所）；University of Southampton（南安普顿大学）
该研究通过分子动力学模拟纳米压痕，揭示了非晶难熔金属V、Nb、Mo、Ta、W的晶体形成能力规律，发现其与内聚键强度相关，转变速率几乎与压头速度无关。
2026-10-28 cond-mat.mtrl-sci
On structure-stabilizing electronic interferences in bcc-related phases. A research report
本文研究了立方晶体中简单立方晶胞的含量接近于n $\times$ n $\times$ n-bcc亚晶格（$n$ = 2：金刚石型和锌型，$n$ = 3：$γ$ -黄铜）。电子结构的第一原理的结果是从增强LMTO-ASA计算和解释内的VEC为基础的休谟-Rothery的概念，采用加入平面径向干涉处理干扰和杂交在同一个立足点。我们表明，电荷重新分配支持增强的电子干扰，导致能带能量降低。几个主题包括，如稳定网络，硬度和$s$ -到- $p$转移，合作的干扰，局部径向秩序和全球平面秩序之间的相互作用，电子每原子比，和最近的FLAPW为基础的结果进行比较。
2023-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Lattice Softening in Metastable bcc CoxMn100-x(001) Ferromagnetic Layers for a Strain-Less Magnetic Tunnel Junction
在自旋电子学中，一个长期存在的问题是为什么MgO基磁性隧道结（MTJ）几乎是在室温（RT）下实现大隧道磁阻（TMR）比的唯一选择，但没有理论预测的那么大。本研究的重点是使用亚稳态bcc CoxMn 100-x铁磁薄膜的几乎无应变MTJ的发展。我们研究了由CoxMn_（100-x）/MgO/CoxMn_（100-x）（x = 66、75、83和86）组成的MTJ的结晶度与它们的TMR比的关系。横截面高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）揭示了这些层的几乎一致的晶格常数（66 < x < 83），同时在室温下保持229%的大TMR比率，证实了在MgO/Co 75 Mn 25界面处具有一些位错的CoxMn 100-x层的软性质。对于x = 86，另一方面，TMR比被发现减少到142%，在RT，这是部分归因于在MgO/Co 86 Mn 14接口和非晶晶粒中确定的MgO屏障的位错的数量增加。从头计算证实了在CoMn的广泛的组成范围内的结晶变形的稳定性，证明了大得多的TMR比的无应变界面的优点。
2020-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Absence of Metastable States in Strained Monatomic Cubic Crystals
具有fcc（bcc）基态的金属的四重（Bain路径）畸变最初将导致能量增加，但是在沿着Bain路径的某个点处，能量将再次减小，直到达到局部最小值。结合参数化紧束缚和第一性原理LAPW计算，我们发现这种局部极小值对于弹性形变是不稳定的，除了在Bain路径上bcc（fcc）点处的极小值，这表明在外延生长薄膜中发现的这些材料的体心四方相，必须通过基底稳定，并且不能是独立的膜。
2004-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary phases in bcc metals
我们报告了计算发现的新的晶界结构和多晶界相元素体心立方钨。虽然已经广泛地研究了由γ-表面方法产生的作为两个完美半晶体的结合的晶界结构，但是已知该方法具有局限性并且不总是预测正确的基态。在这里，我们使用一个新开发的计算工具，基于进化算法，执行一个大正则搜索的高角度对称倾斜边界钨，我们发现新的基态和多个阶段，不能使用传统的结构单元模型描述。我们使用MD模拟来证明新结构可以在有限温度下在封闭系统中共存，确认这些是不同GB相的例子。通过第一性原理计算证实了新的基态。
2017-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Evidence of liquid-liquid phase transition in compressed Ar probed by the thermal expansion of Mo, Ta and W at high pressures
用金刚石对顶砧（DAC）测量的体心立方结构的Mo、Ta、W和V金属的熔化曲线与冲击动力学实验之间长期存在的争论，用这些过渡金属的热膨胀压缩液态或固态传压介质的行为来解释。这解释了文献中报道的含有不同传输介质的激光加热DAC实验中观察到的等压行为，从而解决了许多出版物中描述的长期谜团。
2020-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Temperature Effect on Phonon Dispersion Stability of Zirconium by Machine Learning-driven Atomistic Simulations
众所周知，传统的谐波晶格动力学不能应用于在0 K下能量不稳定的晶体，例如高温体心立方（BCC）相的晶体Zr。预测有限温度下的声子谱需要计算三阶、四阶甚至更高阶的力常数，然而，确定不同材料的势能面的泰勒展开应截止到哪一阶仍然具有挑战性。另一方面，分子动力学本质上包括任意阶的声子非谐性，然而，它的准确性受到所使用的经验势场的严重限制。利用机器学习方法，建立了锆晶体六方密排相和体心立方相的原子间相互作用势。开发的势场准确地捕捉能量-体积关系，弹性常数和声子色散。发现体心立方结构的不稳定性源于势能面的双势阱形状，其中局部极大值位于不稳定的平衡位置。体心立方相在高温下的稳定性是由于双阱中原子振动引起的低对称性极小值的动态平均。然后进行分子动力学模拟，以随机取样的势能面，并计算在高温下的声子色散。利用分子动力学模拟在1188 K成功地捕获了BCC-Zr中的声子重整化。
2018-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Continuous atomic displacements and lattice distortions during martensitic transformations in fcc-bcc-hcp systems
这项工作将我们以前关于fcc-bcc马氏体相变的工作推广到fcc-bcc-hcp系统中更大的相变族和fcc-fcc机械孪生。原子位移和晶格畸变的解析表达式是直接从取向关系计算的，无需任何自由参数的调整;唯一的假设是，原子是硬球，不能相互穿透。的习惯面预测上的简单的标准，他们是不旋转的失真，并将结果与文献中发表的实验观察。结果表明，shuffle是必需的变换意味着hcp相位，因为hcp原始布拉维晶格包含两个原子，而不是一个为fcc和bcc相位。一个简单的编码的晶格扭曲和洗牌允许属性群的结构，在fcc-hcp-bcc系统的转换。给出了中间态的解析表达式，可用于计算活化能。马氏体变形发生在一个步骤中，没有剪切，其住宿产生的取向梯度在母相中，独立于其滑移模式。可逆性的概念是详细的结晶学和形态学参数的基础上。将这种方法应用于扩散限制马氏体相变的可能性进行了讨论。
2015-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Evaluation of microstructure and mechanical property variations in AlxCoCrFeNi high entropy alloys produced by a high-throughput laser deposition method
21个不同的AlxCoCrFeNi合金快速制备激光合金化等原子CoCrFeNi基板Al粉末，以创建一个合金库，范围为x=0.15-1.32。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、扫描透射电子显微镜和纳米压痕技术研究了晶体结构、微观结构和力学性能的变化。随着Al含量的增加，晶体结构从无序的FCC转变为无序的BCC和有序的B2结构的混合物。虽然BCC/B2形成的开始与先前报道的铸造合金一致，但在激光处理的材料中在较大的Al含量下观察到FCC结构，从而导致更宽的两相区。在这些高Al含量下，FCC相主要局限于BCC/B2晶界。FCC相的纳米压痕模量和硬度随着Al含量的增加而增加，而BCC/B2结构的性能对组成不敏感。激光处理的合金的结构和机械性能与铸造合金的报告结果惊人地一致，证明了将这种高通量方法应用于多组分合金设计的可行性。
2017-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field-crystal study of grain boundary premelting and shearing in bcc iron
采用相场晶体（PFC）方法研究了在高同系温度下，在bcc Fe的经典模型中，在整个取向差$0<θ<90^\circ$范围内，$[001]$对称倾斜晶界（GBs）的平衡预熔和非平衡剪切行为.我们表征的依赖性的预熔层的宽度$W$作为温度和取向差的函数，并计算热力学分离势的导数相对于$W$表示晶体-熔体界面之间的结构力由于密度波的空间重叠。分离潜力也计算分子动力学（MD）模拟，定量比较PFC模拟，粗粒度的振幅方程（AE）来自PFC，提供额外的分析见解。我们发现，在一个中间范围内的取向差（$θ_{\rm min}<θ<θ_{\rm max}$）的GB，$W$发散的熔化温度接近从下面，对应于一个纯粹的排斥分离潜力，而在这个范围外的GB（$θ<θ_{\rm min}$或$θ_{\rm max}<θ<90^\circ$），$W$仍然有限的熔点，其值对应于一个浅的吸引力最小的分离潜力。为了响应平行于GB平面的剪切应力，PFC模拟中的GB表现出垂直于该平面的耦合运动，其中耦合因子作为反映两种耦合模式之间的过渡和/或滑动（两种晶粒的剪切）的$θ$的函数的不连续变化。两种耦合模式的耦合因子与以前的理论预测[J. W. Cahn，Y. Mishin，A.铃木，Acta Mater。54，4953（2006）]。
2012-11-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Symmetry-selected spin-split hybrid states in C$_{60}$/ferromagnetic interfaces
在有机-铁磁界面上的轨道杂化和自旋极化的理解对于寻找高效的杂化自旋电子器件是必不可少的。本文利用第一性原理计算，系统研究了C $_{60}$在bcc-Cr（001），bcc-Fe（001），bcc-Co（001），fcc-Co（001）和hcp-Co（0001）等铁磁表面上的自旋分裂杂化态。我们表明，相对于磁性基板的表面晶体取向的分子的吸附几何形状以及相互作用的强度发挥了复杂的作用，在混合轨道的自旋极化。我们发现，只有当分子通过其五边形环吸附在bcc-（001）表面上时，才能在真空中获得大的自旋极化。因此bcc-Cr（001）、bcc-Fe（001）和bcc-Co（001）是最佳候选物。对吸附在Cr（001）和Co/Pt（111）上的单个C $_{60}$的自旋极化扫描隧道光谱测量也证实了衬底的对称性和分子构象的对称性对诱导的自旋极化具有强烈的影响。我们的发现可能会提供有价值的见解，进一步工程自旋过滤设备通过单分子轨道。
2016-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling the temperature dependence of the yield strength in single-crystal tungsten using atomistically-informed crystal plasticity calculations
University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学）；Max-Planck-Institut für Eisenforschung（马克斯·普朗克铁研究所）
本研究利用基于原子级计算的晶体塑性模型，预测了单晶钨在不同温度和应变率下的屈服强度，结果与实验高度吻合，并绘制了多取向屈服面，为工程设计提供依据。
2015-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Elastic constants of stressed and unstressed materials in the phase field crystal model
本文提出了一种通过连续场模型，特别是相场晶体模型，研究应力和无应力材料的弹性响应和计算弹性常数的一般方法。研究发现，为了完整描述系统对弹性形变的响应，必须考虑晶格波矢的变化、密度振幅（包括相应的各向异性变化和简并破缺）、平均原子密度和系统体积.弹性常数计算的定量和定性结果高度依赖于模型中使用的密度场的物理解释，也重要的是，依赖于模型系统中通常预先存在的固有压力。通过引入广义吉布斯自由能和确定弹性常数的有效有限应变张量，建立了一个基于热力学的公式，以考虑均匀弹性形变过程中恒定预存应力的影响。固体和液体状态的弹性性能可以很好地产生由这种统一的方法，所示的分析为液体状态和数值计算的体心立方固相。体心立方结构铁的弹性常数和泊松比的数值计算结果与实验结果一致，与分子动力学模拟的结果吻合较好。本文所发展的一般理论适用于研究弹性形变下不同类型的应力或无应力材料系统。
2018-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Volume Contraction at a Grain Boundary in Vanadium
传统观点认为，晶体中晶界处的对称性破坏会引起体积膨胀，并且在任何种类的晶体中，都没有证实晶界处体积收缩的证据。我们报告了令人惊讶的体积收缩在Sigma3（111）钒晶界。发现该晶界附近的晶格畸变将局部结构推向假设的ω相，其仅比bcc相稍微不稳定。将ω相的晶格常数a压缩到bcc的值，如在Sigma3（111）晶界处的情况，导致比bcc结构更小的c，因此体积收缩。我们还发现，这种体积收缩阻碍了Ti和H的偏析，同时增强了Cr的偏析，因此对材料性能产生了显着影响。这一发现增加了凝聚态物质的基本新知识，也可能指向通过体积控制新材料晶界工程的新技术。
2017-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Amplitude expansion of the binary phase field crystal model
针对二维三角晶格和三维BCC和FCC晶体结构，建立了二元相场晶体模型的振幅表达式。导出了这些振幅方程与二元合金弹性凝固标准相场模型之间的关系，从而明确了相场晶体模型与相场模型之间的联系。模拟了溶质在晶界的迁移、共晶凝固和纳米膜上量子点的形成。
2009-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Phase diagram of colloidal hard superballs: from cubes via spheres to octahedra
通过蒙特卡罗模拟中的自由能计算，确定了胶体硬超球的相图，其形状介于立方体和八面体之间。我们不仅发现了一个稳定的面心立方（fcc）塑料晶体相的近球形颗粒，但也有一个稳定的体心立方（bcc）塑料晶体接近八面体形状，事实上，这两种塑料晶体的共存，甚至有很大的密度差距。塑性fcc和bcc晶体，然而，在立方体和八面体极限不稳定，这表明超级球的圆角在稳定转子相位中起着重要作用。此外，我们观察到一个两步熔化现象的硬八面体，其中闵可夫斯基晶体熔化成一个亚稳体心立方塑性晶体熔化成流体相之前。
2012-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The Premartensite and Martensite in Fe50Rh50 System
本研究通过透射电子显微镜探究不同温度淬火的Fe50Rh50合金，发现其热应力下存在预马氏体态及马氏体相变，提出原子剪切模型，为理解金属间化合物特性提供参考。
2023-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Machine Learning Guided CALPHAD Design of Ru-Stabilized BCC B2 Refractory Alloys
California Polytechnic State University（加州州立理工大学）；Merrimack College（梅里马克学院）
本研究将CALPHAD计算与随机森林主动学习相结合，系统探索了Ru稳定的Nb基BCC+B2难熔合金成分空间，建立了高温稳定性设计规则，并识别出晶格失配作为关键优化目标。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Kinetics of segregation formation in elastic field of edge dislocation in bcc iron
本文用计算机模拟方法研究了位错弹性场中杂质原子再分布的动力学。一部作品由几个阶段组成。第一种是用改进的分子静力学方法模拟了Burgers矢量沿[100]方向的位错核结构。第二个是获得的系数，确定的扩散系数矩阵的对角元素的应变张量的分量的影响，并在bcc铁中的碳原子通量的方程。第三阶段是用分子动力学方法模拟无缺陷晶体中碳原子的扩散特性。第四和最后阶段使用我们在第一阶段获得的关于原子结构的数据，以及在第二和第三阶段中计算的特征，是间隙原子偏析形成的模拟，其基于求解考虑位错产生的弹性形变的扩散方程。复杂的开发模型被用来分析偏析形成的动力学。3D图显示了在一定温度下不同时间内位错附近间隙原子的分布。
2020-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial strain relief by periodic dislocation doublets emerging from rotationally related orientation relationships of Y4Zr3O12 dispersions in ferrite matrix
通过透射电子显微镜、图像模拟和晶体学模型，利用分散在体心立方Fe基体中的Y 4 Zr 3 O 12纳米析出相，研究了三方晶/体心立方取向关系及其发生的可能性.两个由旋转相关的方向关系：[1-20]||[111]（21-2）||（-110）和[1-20]||[111]与（00-3）||（-110），并且对于两个OR，在（110）中的应变界面处识别错配位错偶极子的周期性阵列。结合极射投影，进一步推导出Y_4Zr_3O_（12）/bcc体系中18个能量上可行的OR，其中包括本研究中的两个优势OR和文献中的其他OR。产生具有最少数量的位错偶极子的界面的取向关系是最常见的。
2021-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Stability and magnetic properties of grain boundaries in the inverse Heusler phase Fe$_2$CoGa and in bcc Fe
本文基于第一性原理计算研究了反Heusler相Fe$_2$CoGa晶界的稳定性与磁性质，发现其晶界磁化强度显著高于bcc Fe，主要归因于三元相结构弛豫的高灵活性。
2021-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Chemical and Crystallographic Characterization of the Tip Apex in Scanning Probe Microscopy
W扫描探针尖端的顶点原子揭示了非球形电荷分布，正如键合到Cu（111）表面的CO分子所探测的那样[Welker等人，Science，336，444（2012）]。观察到三个高对称性的图像和相关的三个低指数的晶体学方向的W bcc晶体。然而，仍然存在一些悬而未决的问题，包括尖端确实是W-终止的验证，以及这种方法是否可以很容易地应用于区分其他原子种类。在这项工作中，我们调查散装铜和铁尖。在这两种情况下，我们可以将我们的数据与fcc（Cu）和bcc（Fe）晶体结构联系起来。提出了一种模型，部分填充的d轨道的基础上，与AFM图像的尖端结构的角取向。
2014-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Amorphous nucleation precursor in highly nonequilibrium fluids
动力学密度泛函模拟揭示了过冷液体中晶体成核的结构方面：首先出现的固体是无定形的，这促进了bcc晶体的成核，但抑制了fcc和hcp相的出现。这些发现与从非晶结构推导出的有效相互作用势的特征有关。
2011-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Achieving DFT accuracy with a machine-learning interatomic potential: thermomechanics and defects in bcc ferromagnetic iron
我们证明了高斯近似势机器学习框架可以描述复杂的磁势能面，以铁磁性铁作为典型的挑战性案例。训练数据库包括从广义梯度近似下的密度泛函理论获得的总能量、力和应力，并且包括大约150，000个局部原子环境，范围从原始和缺陷体配置到具有不同晶体学取向的表面和广义堆垛层错。我们发现GAP模型的结构，振动和热力学性质与直接从第一原理电子结构计算得到的结果非常一致。有很好的可移植性的数量，如Peierls能量障碍，这是确定在很大程度上由原子配置，不是训练集的一部分。我们观察到的好处和需要使用高度收敛的电子结构计算采样的目标势能面。最终的结果是一个系统的改进潜力，可以达到相同的精度的密度泛函理论计算，但在一小部分的计算成本。
2017-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Defects at grain boundaries: A coarse-grained, three-dimensional description by the amplitude expansion of the phase-field crystal model
我们解决了一个三维的，粗粒度的描述旋转晶体之间的晶界位错网络。所谓的振幅扩展的相场晶体模型的开发与有限元方法计算的帮助。这种方法允许描述微观特征，如位错，同时能够描述比晶格间距大几个数量级的长度尺度。此外，它允许通过标量序参量直接描述扩展缺陷。这个框架的多功能性是通过考虑面心立方和体心立方晶格对称性和不同的旋转轴。首先，平面，扭曲晶界的具体情况进行说明。详细的方法报告，并与文献的结果的一致性进行了讨论。然后，位错网络之间的界面处形成的球形，旋转的晶体嵌入在未旋转的晶体结构，示出。虽然明确占位错，导致各向异性收缩的旋转晶粒，球形晶界的延伸被发现随时间线性下降，与经典理论的晶粒生长和最近的原子的调查。结果表明，与体心立方对称性的系统所获得的结果与现有的结果吻合得很好，验证了方法。此外，完全原始的结果显示面心立方晶格对称性，揭示了报告的意见的一般性。
2018-05-28 cond-mat.mtrl-sci
