Atomistic manipulation of reversible oxidation and reduction in Ag by electron beam
采用电子直接控制纳米级反应是非常可取的，因为它提供了在原子分辨率下具有不同性质的纳米结构的制造，并具有尺寸和位置的灵活性。在这里，应用原位透射电子显微镜，我们显示了可逆的氧化和还原动力学在银，以及通过改变电子束的剂量率控制。通过像差校正的高分辨透射电子显微镜观察发现，O原子优先沿Ag的{111}密排面嵌入和脱出，导致Ag基底上纳米级Ag 2 O岛的成核和分解。通过控制电子束的大小和剂量率，我们证明了在Ag基质中的3 nm Ag 2 O纳米点阵列的制造。我们的研究结果开辟了一条新的途径，操纵原子反应与电子束对纳米结构的器件应用的精确制造。
2019-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Effect of size distribution on the adhesion of nanoscale asperities
利用原子模拟方法研究了微凸体尺寸对金属触点附着性能的影响。通过引入曲率半径分布到基于连续力学的接触模型中，将单个纳米级微凸体的模拟尺寸效应应用于宏观粗糙表面。结果表明，通过改变微凸峰的曲率半径分布，可以优化接触粘附。
2017-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Stencil growth of metallic nanorod: An atomistic simulation
我们展示了模板生长的纳米尺度图案，使用分子动力学模拟。与在相同条件下无模板生长的薄膜进行了比较。结果表明，在掩模和衬底之间的纳米级接近的情况下，可以获得与掩模相同尺寸的图案。结果还表明，所获得的纳米棒呈现出比相应的薄膜更高的表面积。结果表明，纳米棒的表面粗糙度降低合并相邻的表面不规则性在沉积过程中。
2020-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic modeling of the electrostatic and transport properties of a simplified nanoscale field effect transistor
在密度泛函理论的框架下，建立了研究纳米尺度双栅硅平板静电特性的第一性原理模型。所施加的栅极电压近似为包围系统的超晶胞的边界上的静电势的变化。利用实空间格林函数估计电子密度，采用高效的多重网格和快速傅里叶泊松求解器从电荷密度计算静电势。在定域SIESTA原子轨道线性组合表象下，建立Kohn-Sham方程，并在局域密度近似下自洽求解系统的波函数。计算了小偏压下弹道输运穿过原子硅板的透射率。利用等效电容模型分析了硅平板中的电荷分布和静电势随栅压的变化。观察并讨论了量子限域效应和短栅效应。
2008-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of shape on mechanical properties and deformation behavior of Cu nanowires: An atomistic simulations study
本文通过原子模拟比较三角形、正方形、五边形、六边形和圆形[100] Cu纳米线，揭示形状对屈服强度、变形机制及失效应变的影响。
2023-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Contact of Single Asperities with Varying Adhesion: Comparing Continuum Mechanics to Atomistic Simulations
采用原子模拟的方法对纳米尺度下的连续介质接触力学方程进行了验证。通过弯曲晶体或切割晶体或非晶态固体制成的名义上的球形尖端被压入平坦的弹性基底中。法向位移，接触半径，应力分布，摩擦和横向刚度作为一个功能的负载和粘附检查。原子尺度的粗糙度上存在的任何尖端离散原子的结果有深远的影响。接触面积、局部应力和粘附功以2到4倍的系数变化，摩擦力和侧向刚度以数量级变化。对造成这些变化的微观因素进行了讨论。结果也被用来测试方法，分析实验数据与连续介质理论，以确定信息，如接触面积，不能直接测量在纳米级接触。即使数据看起来符合连续统理论，提取的量也可能与其真实值有很大差异。
2006-06-22 cond-mat.mtrl-sci
On the mechanical properties of novamene: a fully atomistic molecular dynamics and DFT investigation
我们通过全原子反应分子动力学和密度泛函理论模拟，研究了最近提出的一种新的三维碳同素异形体结构Novamene的力学性能和断裂动力学。结果表明，Novamene是一种与拉伸变形有关的各向异性结构。虽然novamente与其他碳同素异形体具有一些机械特征，但它也表现出独特的特征，例如广泛的结构重建（自修复效应）。Novamene的极限强度（~ 100 GPa）值低于其他碳同素异形体，但其沿z方向的极限应变最高（~ 22.5%）。尽管杨氏模量（~ 600 GPa）和极限强度值小于其他碳同素异形体，但它们仍然优于其他材料，例如硅、钢或钛合金。关于断裂动力学，Novamene再次是各向异性的，断裂/裂纹扩展起源于X和Y方向的变形的七边形和五边形以及连接结构面的断裂sp3键。另一个有趣的特征是在最终断裂阶段形成多个和长的碳线性链。
2018-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Lattice Dynamics of Martensitic Transformations Examined by Atomistic Simulations
采用EAM型原子间相互作用势对Fe（80）Ni（20）合金进行了分子动力学模拟。我们目前的结果，显示在纳米尺度上的热诱导奥氏体转变过程中的非均匀剪切系统的发展。此外，通过计算动力学结构因子，得到了马氏体相的声子色散关系。在接近转变温度时，声子色散显示出异常，这可能与奥氏体转变过程中微观结构的形成有关。
1997-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Switching times of nanoscale FePt: finite size effects on linear reversal mechanism
在FePt晶粒的线性反转机制，从2.316 nm到5.404 nm的范围内，已模拟使用原子自旋动力学，参数化从头计算。居里温度和发生线性反转机制的临界温度（T*）随系统尺寸的增大而减小，而温度窗口T* < T < TC增大。接近居里温度的反转路径已被计算，表明对于减小系统尺寸的反转路径在较低的温度下变得更加椭圆，与有限尺寸效应引起的居里温度的降低一致。最小脉冲持续时间的计算显示更快的切换在小晶粒和定性描述的Landau-Lifshitz-Bloch方程与有限尺寸的原子参数化，这表明，多尺度建模FePt的晶粒尺寸为~ 3.5 nm是可能的。
2015-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Switching of Nanoscale Multiferroic Phase Boundaries
调节纳米功能晶体的晶格自由度对于利用新兴功能如压电性、形状记忆效应或压磁性是至关重要的，这些功能归因于固有的晶格-极性或晶格-自旋耦合。在这里，据报道，一个机械探针可以是一个动态的工具来切换的铁性顺序在纳米级的多铁性相边界BiFeO 3与相混合物，其中该材料可以可逆地转换之间的“软”的四方形和“硬”的菱面体状结构。多铁性相界的非易失性机械开关与面内铁电极化的可逆180°旋转的微观起源是纳米级压力诱导的弹性形变和跨多铁性相界的自发应变梯度的重构。利用纯机械刺激实现室温多铁性有序的可逆控制，为实现势能转换和传感应用提供了一条新的途径。
2017-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Comparative study on Mechanical characteristics of Functionally graded and Coreshell nanospheres: An Atomistic approach
功能梯度材料（FGM）是一种由两种（或多种）不同物质组成的新型新材料，其成分分布不断变化。随着纳米技术的出现，FGM技术已经从传统用途转移到先进的微米和纳米级电子和能量转换系统。在此分析中使用MD模拟来检查压缩负载对Ag-Au FGM和核-壳纳米球的影响。塑性过程通常由接触表面的部分位错的成核开始，并且这些位错向纳米球的中心扩展。此外，我们还发现了在假塑性区形成的圆盘形部分位错。对于给定的Ag在Au中的重量%范围，核壳纳米球具有比FGM纳米球更强的机械强度，并且我们还观察到FGM和核壳纳米球的极限应力变化有两种不同的模式。位错分析表明这种应力变化与Shockley & Hirth部分位错密度之间存在相关性。
2021-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Simulations of the Mechanical Properties of 'Super' Carbon Nanotubes
利用经典的分子动力学模拟研究了所谓的“超级”碳纳米管（ST）的力学性能。ST是由单壁碳纳米管（SWCNT）通过Y型接头连接而成，形成有序的碳纳米管网络，然后卷成无缝圆柱体。我们观察到，拉伸试验下的ST行为类似于渔网。这种有趣的行为提供了一种通过施加外部机械载荷来改变ST内部可达通道的方法。杨氏模量取决于ST手性，并且它与ST半径成反比。较小的减少断裂应变值，由于温度的增加，预测锯齿形ST相比，单壁碳纳米管。结果表明，对于半径约为5 nm的ST，组成单壁碳纳米管之间的连接起着重要的作用，断裂过程。的杨氏模量和拉伸强度估计分层高阶ST使用相关的ST分形维数的标度律。所获得的机械性能表明，ST可用于开发新的多孔，灵活，高强度材料。
2007-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Probing trade-off between critical size and velocity in cold-spray: An atomistic simulation
本研究通过分子动力学模拟探究冷喷涂纳米尺度结合机制，验证了绝热剪切失稳与流体动力学塑性模型的有效性，发现应力振荡行为与低阻钛硅化物形成，为电子工业超薄层制备提供参考。
2024-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An Adaptive Finite Element Approach to Atomic-Scale Mechanics - The Quasicontinuum Method
混合原子和连续介质方法提供了在更大的长度尺度和更长的时间比直接原子计算进行模拟的材料性能的可能性。准连续方法通过有限元方法的装置将原子模型和连续模型联系起来，有限元方法允许减少原子自由度的全部集合。本文给出了一个完整的描述准连续体方法，特别是参考的方式，该方法可用于模拟晶体与一个以上的单一颗粒。通过对晶界结构和能量的一系列计算，验证了该公式的有效性。然后，该方法被示出在一个步骤的孪晶界的运动，其中的边界运动的临界应力被计算和纳米压痕到一个固体包含一个次表面的晶界，以研究位错与晶界的相互作用。
1997-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Effect of powder bed fusion process parameters on microstructural and mechanical properties of FeCrNi MEA: An atomistic study
在我们的研究中，分子动力学（MD）模拟激光粉末床熔合（LPBF）等摩尔FeNiCr中熵合金（MEA）粉末进行。随着能够在微尺度上打印的较新LPBF技术的发展，需要更深入地了解工艺参数对所制造的FeNiCr MEA产品的微观结构和机械性能的潜在原子效应。根据以前的文献，LPBF工艺的参数已经系统地改变，包括层分辨率从1到6，激光功率从100 μW到220 μW，床温度从300 K到1200 K，激光扫描速度从0.5 μ s/ps到0.0625 μ s/ps。与先前的宏观实验结果一致，原子结果表明，使用较薄层的增材制造比使用较厚层的制造赋予更高的极限拉伸强度（UTS）。然而，后者需要较短的处理时间，但如果激光诱导温度不够高，则会导致小孔缺陷的形成。事实证明，提高温度有助于缓解这一问题。在制备过程中，通过将衬底温度提高到600 K或将激光功率提高到160 μW，观察到多排粉末的UTS增强。然而，超过这些临界极限，由于多个空位的出现，产品的UTS减小。我们目前的研究结果将有助于研究人员在纳米级增材制造产品的生产速度和强度之间找到良好的平衡。
2022-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Effect of randomly occurring Stone-Wales defects on mechanical properties of carbon nanotubes using atomistic simulation
虽然发现CNT具有超高的刚度和强度，但在可用的实验室结果中也观察到巨大的分散。采用原子模拟技术研究了随机分布的Stone Wales（SW或5 7 7 5）缺陷对单壁纳米管（SWNTs）力学性能的影响。在有限长圆柱表面上施加Matern硬核随机场，描述了Stone Wales缺陷的空间分布。我们模拟了一组位移控制的拉伸载荷与（6，6）扶手椅和（10，0）锯齿形配置和纵横比约为6的单壁碳纳米管断裂。采用修正的Morse势来模拟原子间的相互作用力。我们发现，如果存在缺陷，断裂总是从缺陷开始;对于无缺陷的管，裂纹在相当随机的位置开始。力-位移曲线通常表现为几乎线性直到大约一半，尽管没有明显的屈服点。三个力学性能-刚度，极限强度和极限应变-计算从模拟的力和位移时程。在室温下，仅由初始速度分布引起的力学行为的随机性被发现是微不足道的。钢管的刚度、极限强度和极限应变的平均值随缺陷平均数的增加而减小，但变异系数并不呈单调变化趋势。当管最初没有缺陷时，引入额外的缺陷对机械性能的随机性具有最显著的影响。我们还发现，对于一个给定的平均缺陷数的管，锯齿形配置具有较小的强度和较小的平均极限应变，但更多的不确定性，在其刚度和极限应变，与扶手椅管相比。
2015-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale modeling of superalloys
原子理论为基于量子力学基本原理的高温合金的从头算发展提供了希望。过去几年在这一领域取得了迅速的进展。原子模型的结果进入合金性能的大规模模拟，通常可以直接与实验表征进行比较。在本章中，我们给出了镍基高温合金的原子模型和模拟的概述。我们涵盖了原子间相互作用的描述，从量子力学模拟与少量的原子到数百万原子模拟与经典的原子间势。讨论了高温合金中典型缺陷的热力学和动力学性质以及与机械变形的关系。与其他建模技术的连接进行了概述。
2021-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Deformation of Nanoscale Metal Rods: When size and shape matters
理解材料的纳米力学响应是一项科学挑战。在这里，我们已经使用原位电子显微镜，以揭示剧烈的变化，第一次在变形的1 nm宽的金属棒作为温度的函数的结构行为。在300 K，拉伸的纳米线保持无缺陷，而在150 K，伸长率与平面缺陷。随着尺寸的减小，能量势垒变得如此之小，以至于环境热能足以克服它们。纳米棒显示出弹性状态，直到具有足够高的阻挡屏障的机制可以成核。从头计算表明，从表面台阶的贡献推翻堆垛层错能量在纳米棒，在这样一种方式，系统的大小和形状决定首选的故障滑动方向。这会导致各向异性行为，甚至在拉伸或压缩的弹性或塑性响应中存在很大差异。这些结果提供了一个新的框架，以改善理论模型和原子势来描述纳米尺度下的力学性能。
2009-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Imaging strain-localized exciton states in nanoscale bubbles in monolayer WSe2 at room temperature
在单层过渡金属二硫属化物中，量子发射体与局部应变相关联，所述局部应变可以确定性地应用于创建单光子源的设计者纳米阵列。尽管压倒性的经验与局部应变，应变，激子，缺陷和局部晶体结构，引起这些量子发射器之间的纳米级相互作用知之甚少。在这里，我们结合室温纳米光学成像和光谱学的激子在单层WSe 2的局部应变的纳米气泡与原子结构模型，以阐明如何应变诱导纳米级的限制电位，引起高度本地化的激子状态在2D半导体。在低缺陷单层的纳米气泡的纳米光学成像揭示局部激子的长度尺度约为10 nm的多个站点沿周边的个别纳米气泡，这是在形成鲜明对比的连续模型的预测应变。这些结果与理论约束电位，原子地从现有的纳米气泡测量的形貌。我们的研究结果提供了一种实验和理论的洞察力如何应变诱导的限制-没有晶体缺陷-可以有效地本地化激子的长度尺度与激子的大小相称，提供关键的纳米尺度的量子发射体现象在单层WSe 2的结构特性信息。
2020-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic-to-Meso Multi-Scale Data-Driven Graph Surrogate Modeling of Dislocation Glide
从它们在制造过程中诞生起，材料就固有地包含影响多个长度和时间尺度的机械行为的缺陷，包括空位、位错、空隙和裂纹。因此，理解，建模和实时模拟潜在的随机微观结构缺陷的演变是至关重要的多尺度耦合和传播的不确定性的原子最终老化连续介质力学的众多来源。我们开发了一个基于图形的替代模型的位错滑移的位错迁移率的计算。我们将刃型位错建模为随机行走器，在图的相邻节点之间跳跃，遵循泊松随机过程。网络表示作为一个粗粒化的分子动力学模拟，提供位错轨迹的经验计算的跳跃率。通过这种构造，我们恢复了原始的原子迁移率估计，具有显着的计算速度和准确性。此外，潜在的随机过程提供了与原始分子动力学模拟相关的位错迁移率的统计数据，允许跨尺度的材料参数和不确定性的有效传播。
2020-12-09 cond-mat.mtrl-sci
An Extensible Agentic Framework for Expert-Level Automation of Atomistic Simulations
Seoul National University（首尔大学）；Korea Institute for Advanced Study（韩国高等科学研究院）
提出Paimon平台，通过抑制静默错误、支持外部科学智能体协作和自主复现文献方法，实现原子模拟全生命周期的连续自动化。
2026-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic and mechanical properties of copper precipitates in alpha-iron from atomistic simulations
在过去的几十年里，Fe-Cu系统由于其作为Cu钢的模型合金的技术重要性而引起了人们的广泛关注。尽管这些努力，它的相图的几个方面仍然无法解释。在这里，我们使用原子模拟表征的多晶型相图的Cu沉淀物在体心立方（BCC）Fe和建立一个一致的联系，其热力学和机械性能的热稳定性，形状和强度。Cu沉淀物从BCC转变为紧密堆积的9 R结构的尺寸被发现强烈地依赖于温度，从200 K时的直径约4 nm（~ 2，700原子）到700 K时的直径约8 nm（~ 22，800原子）。这些数字与Monzen等人给出的实验数据的解释非常一致。A 80，711（2000）]。强烈的温度依赖性源于BCC Cu的熵稳定，其作为体相是机械不稳定的。在高温下，相变呈现一阶特性，而在温度低于约300 K时，滞后和成核势垒消失。这种行为解释的核心和壳（润湿层）区域的BCC和9 R纳米沉淀物之间的能量差的相互抵消，分别。所提出的机制并不特定于Fe-Cu系统，但通常可以在不混溶系统中观察到，只要少数组分在主体基质的晶格结构中不稳定即可。最后，我们还研究了作为结构和取向的函数的沉淀物与螺位错的相互作用。结果提供了一个连贯的图片沉淀强度，统一以前的计算和实验观察。
2013-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Identifying interatomic potentials for the accurate modeling of interfacial segregation and structural transitions
界面处的化学偏析和结构转变是重要的纳米级现象，使它们成为原子建模的天然目标，但原子间势必须适合次级物理性质。为了分离原子间势必须捕获的重要因素，以便准确地模拟这种行为，针对Cu-Zr系统评估了四种原子间势的性能，并使用实验观察来提供验证。虽然实验结果表明强Zr偏析到晶界区域和纳米级非晶络合物的形成在高温和/或掺杂剂组合物，各种不同的行为可以观察到在混合Monte Carlo/分子动力学模拟的掺杂，这取决于所选择的潜力。能够重新创建正确行为的电势准确地再现了混合焓以及键能，为探索具有原子模型的界面现象提供了路线图。最后，我们用我们的观察，找到一个可靠的潜在的Ni-Zr系统，并表明，这种合金也应该能够维持无定形的肤色。
2018-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Ultrahigh Stiffness of Defective Graphene from Atomistic Point of View
在低维材料中，宏观固体中点缺陷影响下的机械刚度退化的众所周知的效应可以有争议地逆转。使用原子模拟，我们在这里表明，单层石墨烯薄膜可以充分硬化的单空位缺陷在一个微小的浓度。我们的结果与最近的实验数据吻合良好，并表明机械刚度增加的效果主要来自于特定的键分布在周围的单空位缺陷区域。我们表明，这种不寻常的机械响应是存在特定单空位的特征，而其他类型的点缺陷，如双空位，555-777和Stone-Wales缺陷，导致石墨烯机械刚度的普通退化。
2015-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
3D atomistic imaging of polymer nanocomposites with Atom Probe Tomography: experimental methodology, preliminary results and future outlook
Imperial College London（帝国理工学院）；University of Warwick（华威大学）；Max Planck Institute for Sustainable Materials（马克斯·普朗克可持续材料研究所）；University of Oxford（牛津大学）
本研究首次应用原子探针显微术对聚合物纳米复合材料进行3D原子级成像，探讨了实验方法、初步结果及未来发展方向。
2026-01-19 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Observing the crack tip behaviour at the nanoscale during fracture of ceramics
本研究通过透射电镜原位观察陶瓷裂纹尖端纳米尺度行为，发现相变增韧机制在纳米层面促进裂纹偏转，将断裂抗力提高约50%，连接了原子与连续介质断裂视角。
2024-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Quantized Failure Criteria and Indirect Observation for Predicting the Nanoscale Strength of Materials: The Example of the Ultra Nano Crystalline Diamond
本文提出了确定材料纳米级强度的理论和统计/实验标准。特别是，在断裂力学，动态断裂力学和疲劳，以及实验间接观察的纳米级强度的量化标准，提出。动态电阻的增加和分形裂纹表面形成的作用也被合理化。分析表明，材料在纳米级也对缺陷敏感（如碳纳米管所证明的那样），与最近发表的论文的结论相反，并且表面比固体的内部部分弱约10%。此外，建议的统计/实验程序应用于预测纳米级强度的超纳米金刚石（UNCD），一种创新的材料，最近才开发出来。
2004-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Thermal interface conductance between aluminum and aluminum oxide: A rigorous test of atomistic level theories
我们报告了有史以来第一次准确的理论预测的任何材料界面的热导率。Al-蓝宝石（α-Al 2 O3）界面沿（111）Al晶向的界面热导||（0001）Al_2O_3在50-500 K温度范围内的计算采用两种根本不同的方法：界面电导模态分析（ICMA）和原子格林函数（AGF）。虽然AGF overpredicts界面电导，无论是定量和定性预测的ICMA是例外的时域热反射（TDTR）的实验数据相比。ICMA结果的平均误差小于5%。我们认为，准确的理论预测ICMA可以归功于一个更基本的处理界面热通量的声子气体模型（PGM）和列入非谐全阶。ICMA还给出了本征模式水平的细节，揭示了纳米级的热传输的图片：超过90%的电导是由部分扩展模式的Al和Al 2 O3之间的互相关（相互作用），其余的归因于界面模式。这是燃烧传热研究的一个重要里程碑，使材料科学家能够合理设计推进剂结构，以服务于长距离推进任务。
2018-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical properties of polycrystalline graphene based on a realistic atomistic model
石墨烯目前只能通过化学气相沉积法大量生长，这种方法可以产生多晶样品。在这里，我们描述了一种方法来构建现实的多晶石墨烯样品的原子模拟，并将其应用于研究其机械性能。我们发现，裂纹起始于晶界相遇的点，然后主要在锯齿形或扶手椅方向通过晶粒传播，与最近的实验工作一致。与早期的理论预测相反，我们观察到正态分布的本征强度（约为单晶石墨烯的50%）和失效应变，它们不依赖于晶粒之间的取向差角。外推的晶粒尺寸超过15纳米的结果在一个失败的应变约0.09和杨氏模量约600 GPa。当晶界交汇点被识别为Griffith裂纹时，强度的降低可以用传统的连续介质模型来充分解释。
2012-05-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Capturing thin-film microstructure contributions during ultrafast laser-metal interactions using atomistic simulations
本研究使用混合双温模型与分子动力学模拟超快激光与不同微结构金薄膜的相互作用，发现晶粒尺寸、拓扑和晶体学取向显著影响晶格无序演化与相变，提出微结构感知的薄膜制造与缺陷工程可提升纳米激光加工精度与能效。
2024-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Investigation on the Mechanical Properties and Failure Behavior of Zinc Blende Cadmium Selenide (CdSe) Nanowire
由于硒化镉（CdSe）纳米线在半导体和光电子工业中的应用，其力学性能是一个新兴的问题。采用分子动力学（MD）模拟方法研究了掺锌（ZB）CdSe纳米线在单向拉伸变形下的力学性能和破坏行为。我们采用Stillinger-Weber（SW）势来描述原子间的相互作用。研究了温度（100 K-600 K）、尺寸和晶体取向对CdSe纳米线拉伸响应的影响。我们的模拟结果表明，极限拉伸强度和杨氏模量的CdSe与温度呈反比关系。在100 ~ 600 K温度范围内，ZnSe纳米线表现为脆性断裂，没有发现脆韧转变温度，并且尺寸对CdSe纳米线的力学性能有显著影响。已经发现，随着横截面积增加，极限拉伸应力和杨氏模量也增加。[111]取向的ZB CdSe显示出最大的极限拉伸强度、杨氏模量和断裂韧性，而[100]取向的值最低。与其他方向相比，[110]方向显示出最大的失效应变。最后，对CdSe纳米线在100 K和600 K下的失效机理进行了研究。在100 K温度下，[100]取向的ZnSe沿{111}解理面断裂，而在600 K温度下，{111}面和{100}面都被激活，在较低的应变值下导致CdSe纳米线断裂。通过对该纳米线的力学和断裂特性的全面了解，可以指导ZB型CdSe基太阳能电池、光电和半导体器件的设计。
2020-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Properties of Au Coated Si Nanowafer: an Atomistic Study
本文利用分子动力学拉伸与压缩模拟，系统研究温度、金层厚度、应变速率及晶体取向对金包覆硅纳米片力学性能和失效机制的影响。
2020-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Simulations of mechanics and structure of nanomaterials --- from nanoscale to coarser scales
我们讨论了如何模拟材料的机械性能需要在许多不同的长度尺度的描述-从纳米级的原子描述是适当的，通过一个中尺度的位错为基础的描述可能是有用的，宏观长度尺度。在一些材料中，例如纳米晶体金属，长度尺度的范围被压缩，并且多晶材料可以在原子尺度下被模拟。本文的第一部分描述了这样的模拟纳米晶铜。我们观察到晶界如何积极地促进变形。在晶粒尺寸低于10-15 nm时，晶界中的变形超过传统的基于位错的变形机制。这导致了屈服应力的正常晶粒尺寸依赖性的逆转：我们观察到，当晶粒尺寸减小时，材料变得更软。本文的第二部分概述了适用于原子尺度模拟的问题太大而无法处理的模拟技术，以及如何将它们结合起来，通过多尺度建模来描述不同长度尺度上现象之间的相互作用。
1998-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Is the pinning of ordinary dislocations in gamma-TiAl intrinsic or extrinsic in nature? A combined atomistic and kinetic Monte Carlo approach
我们解决了在γ-TiAl中观察到的1/2 <110]普通螺旋位错的钉扎问题，这导致了微观结构中偶极子的特征拖尾。虽然有人提出，这些可能是不同的内在或外在的性质，我们能够排除前一种机制。我们这样做是通过非常大的规模，三维原子模拟使用的量子力学键序势。我们发现扭结对的形成能很大：6 eV，而单个扭结的迁移能则很小：0.13eV。使用这些，和其他原子衍生的数据，我们做动力学蒙特卡罗模拟在现实的时间和长度尺度模拟位错迁移率作为应力和温度的函数。在γ-TiAl的应力异常的温度范围内，我们确定是否有一个或几个钉扎和unzipping过程中观察到与产生的颠簸。我们的结论是，钉扎的γ-TiAl中的普通位错和异常的力学行为必须归因于一个组合的外在障碍和广泛的交叉滑移在含有杂质的晶体。
2010-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of self-trapped exciton formation in silicon nanostructures: The transition from quantum dots to nanowires
采用含时近似密度泛函理论方法，计算了氢钝化大长径比硅纳米结构的吸收光谱和发光光谱。系统地研究了轴向和径向电子约束效应。对于长度小于2 nm的短纳米棒，激发态弛豫导致了显著的Stokes位移，但对发光强度影响很小。自陷激子的形成同样只观察到短的纳米结构，较长的线表现出完全离域的激子，在激发态的最小几何失真可以忽略不计。
2009-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Imaging of Phonons and Reconfiguration in Topologically-Engineered, Self-Assembled Nanoparticle Lattice
首次将拓扑工程机械框架原理扩展至纳米粒子自组装晶格，利用液相透射电子显微镜实现纳米尺度声子成像，并结合离散机械模型，为制造多功能声子器件开辟新途径。
2024-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of irradiation damage on the engineering timescale: Examining the dose rate effect in tungsten
本文提出一种无参数原子模拟方法，加速空位运动以预测钨在工程时间尺度下的辐照微观演化，发现升温或降剂量率降低稳态缺陷浓度，并再现纳米空洞形成。
2025-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Unlocking device-scale atomistic modelling of phase-change memory materials
量子精确的计算机模拟在理解先进存储技术的相变材料（PCM）方面发挥着核心作用。然而，直接量子力学模拟必然限于简化模型，包含不超过几百或一千个原子。基于机器学习（ML）的潜在模型在量子力学数据上进行“训练”，是一种新兴的替代方法，目前正在从高度专业化的模拟工具发展到更广泛应用的模拟工具。在这里，我们表明，一个通用的，成分灵活的ML模型可以描述广泛的旗舰Ge-Sb-Te PCM在真实的设备条件下，包括非等温加热和化学无序，这是相关的存储器应用。ML模型的速度使多个热循环的原子模拟和神经启发计算的精细操作成为可能，即累积SET和迭代SET。一个设备规模的能力演示（40 x 20 x 20 nm 3）表明，新的ML潜力可以直接描述基于PCM的存储器产品中的技术相关过程。在更广泛的背景下，我们的工作展示了ML驱动的材料模拟现在如何进入一个可以指导高性能电子设备架构设计的阶段。
2022-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic insights into the structural, thermal, and mechanical evolution of $Zr_{47.5}Cu_{47.5}Ag_{5}$ bulk metallic glass
Instituto Sabato, UNSAM, CNEA（萨巴托研究所，阿根廷国家原子能委员会）；Departamento de Materia Condensada, CNEA（凝聚态物质部门，阿根廷国家原子能委员会）；Department of Mathematical Sciences, UTEP（数学科学系，埃尔帕索大学）
通过大规模分子动力学模拟，研究了三元 $Zr_{47.5}Cu_{47.5}Ag_{5}$ 块体金属玻璃的结构、热学和力学性能，发现Ag掺杂诱导的化学异质性和二十面体团簇的坍塌分别稳定了非晶基体并导致了宏观应变软化。
2026-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic insight into the effects of solute and pressure on phase transformation in titanium alloys
本研究利用DFT和NEB计算揭示了溶质元素与外部静水压力对钛合金固相转变的协同降低势垒作用，为设计高性能钛合金提供了原子尺度的化学-机械耦合机制洞察。
2025-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Modelling of Functionally Graded Cu-Ni Alloy and its Implication on the Mechanical Properties of Nanowires
功能梯度材料（FGM）消除了两种不同材料之间界面处的应力奇异性，在高温环境中有着广泛的应用，如发动机、核反应堆、航天器等。本文旨在建立一种在分子动力学（MD）中模拟功能梯度材料的方法，以更好地了解其力学性能。在这项研究中，力学特性的Cu-Ni FGM纳米线（NW）在单轴载荷下已被调查使用所提出的方法，通过MD模拟。为了更好地描述原子间的相互作用力，从而更好地预测其性质，我们采用了嵌入原子模型势。该纳米线由芯中的合金成分和沿向外径向方向功能梯度的其他成分组成。简单的线性和指数函数被认为是定义分级模式的函数。Cu芯和Ni芯纳米线的表面合金化百分比从0%变化到50%。所有的模拟都是在300 K下进行的。Cu芯和Ni芯纳米线的长径比分别为10.56和10.67。这项研究表明，极限拉伸应力和杨氏模量的增加与铜芯纳米线的表面镍百分比。然而，在镍芯纳米线，这些值随着表面铜的百分比的增加而降低。此外，对于Cu芯NW中相同的Ni表面百分比，线性梯度功能梯度材料中的值高于指数梯度功能梯度材料中的值。而在镍芯纳米线中，指数梯度FGM的UTS和E值比线性梯度FGM的高。因此，分级函数和表面百分比可以用作用于调制FGM纳米线的机械性能的参数。
2020-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Large-scale electronic structure calculation and its application
几种方法开发的大规模原子模拟与完全量子力学描述的电子系统。重要的方法论概念是（i）广义Wannier状态，（ii）Krylov子空间和（iii）混合计划在量子力学。使用标准工作站使用多达10个$^6$原子进行测试计算。作为一种实用的纳米尺度计算，模拟了纳米硅的动态断裂。
2003-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical bistability and hysteresis in graphene-CNT hybrid systems: from atomistic simulations to macroscale structural responses
The University of Osaka（大阪大学）；Okayama University（冈山大学）
通过分子动力学模拟和纳米压痕实验，研究了石墨烯-碳纳米管杂化体系的结构稳定性与力学行为，揭示了其力学双稳态和迟滞现象，并验证了模拟与实验的一致性。
2026-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Graph Neural Networks for metals: Application to bcc iron
基于从头算精确模拟的晶体的原子结构和性质（包括缺陷）的预测对于揭示控制金属的微观和宏观行为的纳米尺度机制是必不可少的。密度泛函理论（DFT）可以实现对这些性质中的一些性质的量子精确预测，但是计算成本很高，因此仅限于约1,000个原子的系统。为了以量子精度预测涉及数千到数百万个原子的纳米级结构的力学行为，最近开发了机器学习原子间势。在这里，我们探索了基于图神经网络（GNNs）的一类新的原子间势的性能，这是深度学习的一个最新研究领域。两个国家的最先进的GNN模型被认为是，SchNet和DimeNet，并在广泛的铁磁性体心立方铁的DFT数据库上训练。我们发现，包括三体项的DimeNet GNN Fe势可以用DFT精度再现状态方程和贝恩路径，以及缺陷配置（空位和表面）。据我们所知，这是GNN再现体心立方铁中缺陷能量学的能力的第一次证明。我们提供了DimeNet的开源实现，可用于训练其他金属系统，以进一步探索GNN功能。
2021-09-28 cond-mat.mtrl-sci
The Enduring Relevance of Semiempirical Quantum Mechanics
本文梳理半经验量子力学的发展历程，针对原子模拟研究向从头算方法与分子力学方法两极分化的现状，结合其过往成功经验，探讨结合机器学习、深化与从头算方法融合等未来发展方向。
2025-09-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Atomistic understanding of hydrogen bubble-induced embrittlement in tungsten enabled by machine learning molecular dynamics
University of Science and Technology Beijing（北京科技大学）；Fuzhou University（福州大学）；Beijing Advanced Innovation Center for Materials Genome Engineering, University of Science and Technology Beijing（北京科技大学材料基因组工程高等创新中心）；Aalto University（阿尔托大学）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）
本研究利用机器学习分子动力学揭示了钨中氢气泡诱导脆性行为的原子机制，通过开发高精度势能模型，阐明了氢气泡在纳米空洞中的形成与断裂过程。
2025-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Oscillation of Kinked Silicon Nanowires: a Natural Nanoscale Spring
我们进行经典的分子动力学模拟，以证明应用扭结硅纳米线（KSiNWs）作为纳米弹簧。在千兆赫频率范围内的弹簧类振荡成功地使用类似的程序作为一个经典的质量弹簧振荡器的致动。通过能谱分析，我们检测到了类似弹簧的机械振荡和其他一些低频振荡，在KSiNWs中，随着纵横比的减小，横模出现了维度交叉现象。我们的研究结果揭示了KSiNW的弹性特性，并为其在纳米机械器件中的应用开辟了一条道路。
2013-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of layer thickness on the mechanical behavior of oxidation-strengthened Zr/Nb nanoscale multilayers
分析了磁控溅射Zr/Nb纳米多层膜的力学行为和变形机制，并与周期（L = 10和75 nm）和350 ℃退火时间（2-336 h）进行了关系。沉积态多层膜的强度与膜厚无关，而是由Zr和Nb层的共同变形控制。退火导致的Zr层转化成ZrO 2后，几个小时，而Nb层氧化的速度慢得多。与氧化相关的体积膨胀导致在界面处和L = 75 nm的多层膜的ZrO 2层内形成裂纹，但在L = 10 nm的情况下不会。退火后的纳米压痕硬度显着增加，由于与体积的增加，由于氧化和氧化物的强度较高的残余应力的贡献。退火后的强度增加，通过微柱压缩测试测得的，是小于通过纳米压痕测得的，因为它不包括残余应力的贡献，这是在微柱制造过程中释放。L = 10 nm的纳米层压材料具有最高的强度和韧性，因为氧化过程中的损伤被抑制，并且变形机制由剪切带的形成控制。
2017-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Unified nonlocal rational continuum models developed from discrete atomistic equations
本文基于原子色散关系，提出了一种统一的非局部有理连续谱扩充技术，用于改进某些著名的经典连续谱方程的色散特性。这种类型的丰富可以是有用的，在广泛的力学问题，如本地化的应变和损伤在许多quasibrickly结构，尺寸效应在微尺度弹塑性，和多尺度建模的材料。考虑到连续场变量的泰勒级数变换和离散场变量和连续场变量的行波型解，提出了一种将离散微分表达式转化为精确等价的有理连续导数形式的新方法。考虑晶格细节，发展了一维非近邻相互作用简谐晶格的精确等效连续介质棒表象。在变分框架下利用类似的富集技术，发展了其他有用的高阶方程，即非局部有理Mindlin-Herrmann杆方程和非局部有理Rankshenko梁方程，以探讨它们的非局部性质.这些新的非局部有理连续模型的高频动力学行为的一些分析和数值研究与原子的解决方案，为各自的物理系统的比较。这些丰富的有理连续方程在研究许多纳米机电传感器和器件的高频动力学、声子超材料的动力学以及复合结构中的波传播方面具有重要的用途。
2017-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Engineered Defects to Modulate Fracture Strength of Single Layer MoS2: An Atomistic Study
我们使用经典的分子动力学（MD）模拟研究预裂纹，纳米多孔单层二硫化钼（SLMoS2）的力学性能和裂纹和孔之间的相互作用的影响。我们发现，预裂纹和纳米多孔SLMoS2的失效是以脆性断裂为主。扶手椅方向的粘结比锯齿方向的粘结具有更强的抗裂纹扩展能力。我们将Griffith预测的脆性失效与MD断裂强度和韧性进行了比较，发现在纳米裂纹和孔隙的情况下，Griffith准则对SLMoS2的适用性受到限制。接下来，我们证明了预开裂SLMoS2的机械性能可以通过对称放置的孔和辅助裂纹周围的中心裂纹和位置，可以优化这种安排的强度的最大增强。这样的研究将有助于基于应变工程的SLMoS2和其他类似的过渡金属二硫属化物的先进设计。
2020-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Fe impurity induced ion-nanopatterning: atomistic simulations using a new force field for FeSi
用原子模拟方法模拟了离子轰击Si（001）在掺杂Fe和不掺杂Fe的情况下的纳米图形化过程。用一种新的力场模拟了FeSi的表面污染。这是Albe等人给出的Si和Fe的拟合键级势（BOP）。该BOP公式已同时针对FeSi、Si和Fe进行了优化。使用这个新的力场，我们能够遵循的离子束辅助沉积的Si中存在的Fe污染的表面区域。作为一个整体的结果，我们得到了一个意想不到的丰富多样的纳米粒子形成的重组的陨石坑边缘的个别离子的影响。以前认为简单的原子粗糙表面显示出前所未有的景观和地形与纳米级的功能。图案的单元的特征尺寸在几nm的范围内。典型的发生模式是相互连接的细长吸附原子岛的网络。我们还看到了离子轰击后这种模式的自组织。在$50^{\circ}$的影响角度，我们得到一个纳米多孔表面（海绵状）的铁污染和铁免费模拟。在$70^{\circ}$的影响（掠入射角）的图案类似于细长的原子链（吸附原子岛）沿离子碰撞方向。后一种模式可以被理解为涟漪的前模式状态。在较低的角度（$30^{\circ}$）纳米孔统治景观。所获得的图案对应于低通量实验，其被用来考虑为简单的粗糙化而不显示任何图案化的信号。
2014-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of mechanical properties of non-equiatomic high-entropy alloy by atomistic simulation and machine learning
多组元高熵合金由于其良好的工程应用前景，在过去的20年中得到了广泛的研究。以往的实验和计算研究主要集中在等原子或近等原子的HEAs。然而，在那些精心设计成分的非等原子HEAs中可能有更多的宝藏。在这项研究中，分子动力学（MD）模拟结合机器学习（ML）的方法来预测非等原子的CuFeNiCrCo HEAs的机械性能。通过对900个HEA单晶样品的拉伸试验，利用MD模拟建立了数据库。我们研究并比较了学习任务的八种ML模型，从浅层模型到深层模型。结果发现，基于核的极端学习机（KELM）模型优于其他屈服应力和杨氏模量的预测。KELM模型的准确性得到了大尺寸多晶HEA样品的进一步验证。
2020-04-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Nanoscale Origins of the Damage Tolerance of the High-Entropy Alloy CrMnFeCoNi
损伤容限可能是需要高强度和高延展性的结构材料的难以捉摸的特性，这些特性通常是相互排斥的。在这方面，高熵合金很有意义。具体地，单相CrMnFeCoNi合金显示出约lGPa的拉伸强度水平、优异的延展性（约60-70%）和优异的断裂韧性（KJlc> 200 MPa/m2）。在这里，通过使用原位应变像差校正的透射电子显微镜，我们报告的显着原子到微观尺度的机制，这些属性的起源。我们确定了多种变形机制的协同作用，很少实现在金属合金，产生高强度，加工硬化和延展性，包括容易运动的肖克利偏，他们的相互作用，形成堆垛层错平行六面体，并逮捕在平面滑移带未解离位错。我们进一步表明，裂纹扩展是阻碍了孪生，纳米级的桥梁，形成之间的近端裂纹面和延迟断裂屏蔽裂纹尖端。
2015-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Understanding Specimen- and Grain-Size Effects on Nanoscale Plastic Deformation Mechanisms and Mechanical Properties of Polycrystalline Yttria-Stabilized Tetragonal Zirconia Nanopillars
采用分子动力学模拟研究了样品尺寸和晶粒尺寸对多晶氧化钇稳定的四氧化锆（YSTZ）纳米柱纳米尺度塑性形变机制和力学性能的影响。通过对YSTZ柱状纳米柱的单轴压缩，研究了其沿晶和穿晶变形机制。揭示了包括晶界滑动和迁移、晶粒旋转以及晶界处非晶相形成在内的协同晶间变形。结果还揭示了部分位错的形成，它作为大晶粒的分裂器，并在促进晶粒的旋转，从而促进相邻晶粒之间的非晶到结晶相变中发挥重要作用。自由表面积与体积比的增加被认为是负责试样尺寸引起的软化现象，在杨氏模量和强度的减少时，观察到试样宽度从30 nm减少到10 nm。此外，随着平均晶粒尺寸从15 nm减小到5 nm，杨氏模量和强度降低。晶界密度被确定为负责所观察到的晶粒尺寸诱导的软化行为在多晶YSTZ纳米柱。变形机制由晶界非晶相的形成转变为晶界滑移与穿晶相变的竞争。此外，逆Hall-Petch关系揭示了描述晶粒尺寸和强度之间的相关性与晶粒尺寸小于15 nm的多晶YSTZ纳米柱。
2018-12-28 cond-mat.mtrl-sci
