Boundary interface conditions and solute trapping near the transition to diffusionless solidification
在局部非平衡模型（LNM）的框架下，基于溶质在本体液体和固液界面扩散不存在局部平衡的假设，考虑二元混合物的快速凝固过程。根据LNM，在有限的界面速度$V=V_D$下发生向完全溶质捕获和无扩散固化的转变，其中$V_D$是本体液体中的扩散速度。在目前的工作中，在相界面处的边界条件，以接近$V_D$（$V \lesssim V_D$）的速度$V$移动已被导出，以找到非平衡溶质分配系数。在高速区，它与工作[物理修订E 76（2007）031606]的分配系数的比较。
2019-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Model for solute diffusion during rapid solidification of binary alloy in semi-infinite volume
基于局部非平衡方法，考虑了二元合金在半无限体积内快速凝固过程中溶质扩散的一维模型。在该模型的范围内，假设质量运输由电报员方程描述。基本假设涉及界面处的扩散通量和溶质浓度的行为。在这些量由指数函数叠加给出的条件下，求出了决定熔体中流量和溶质分布的电报方程的解，并在此基础上研究了近表面区的不同凝固状态和分配系数的行为。根据模型参数，分析了完全凝固后固体中的浓度分布。
2009-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Solid-State Thermal Energy Storage Using Reversible Martensitic Transformations
识别和使用的可逆马氏体相变，通常被描述为形状记忆转换，作为一种新的固-固相变材料在这里的第一次实验证明。为了证明这一说法，时域热反射，频域热反射，和差示扫描量热法的研究进行了商业镍钛合金，以量化的热导率和潜热。额外的焦耳加热实验证明了在模拟环境中的瞬态加热和冷却过程中成功的温度均衡。与标准固-固材料和固-液石蜡相比，这些实验结果表明，记忆合金提供高达两个数量级的品质因数。除了这些新颖的实验结果，文献中对>75种二元NiTi和NiTi基三元和四元合金的全面综述表明，记忆合金可以在宽范围的转变温度（从-50到330{deg}C）、潜热（从9.1到35.1 J/g）和热导率（从15.6到28 W/mK）中进行调节。这可以通过改变Ni和Ti平衡、引入微量元素和/或通过热机械处理来实现。SMA结合了优异的耐腐蚀性、可成形性、高强度和延展性、高热性能和可调谐性，代表了一种特殊的相变材料，可以规避阻碍该领域进步的许多科学和工程挑战。
2019-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Two Modes of Solid State Nucleation - Ferrites, Martensites and Isothermal Transformation Curves
当结晶固体如铁在结构转变过程中被冷却时，其最终的微观结构敏感地取决于冷却速率。例如，在过渡过程中绝热冷却会产生平衡的“铁素体”，而快速冷却则会产生亚稳的孪晶“马氏体”。目前还没有理论框架来理解这两种微观结构获得的动力学和条件。现有的马氏体动力学理论用弹性应变描述了这种转变，而没有对铁素体的出现做出任何解释。在这里，我们提供了非弹性变量{ \it即}所起的关键作用的证据，动态生成的界面缺陷。一个分子动力学（MD）模拟的模型2维（2D）的固态转变揭示了两种不同的成核模式取决于淬火温度。在高温下，在成核前沿产生的缺陷迅速松弛，从而产生各向同性生长的“铁氧体”。在低温下，缺陷的松弛非常缓慢，迫使原子沿着特定方向协调运动。这导致了一个孪生的临界核，它以与声音相当的速度迅速增长。基于我们的MD结果，我们提出了一个固态形核理论，涉及弹性应变和非弹性缺陷，成功地描述了铁素体和马氏体的转变。我们的工作提供了有用的见解，如何制定一个一般的动力学固态转换。
2001-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Non-affine fields in solid-solid transformations: the structure and stability of a product droplet
我们描述的微观结构，形状和动力学的马氏体成核的母奥氏体在固-固转变过程中的液滴的生长，使用朗道理论写在传统的仿射，弹性形变和{ \em非仿射}自由度。非亲和性，$ϕ$，作为一个来源的应变不相容性和屏幕远程弹性相互作用。它产生于局部应力超过阈值的地方，然后扩散退火。当可能在变换过程中产生的缺陷对之间的间隔很小时，根据$ϕ$的描述是不可避免的。使用变分计算，我们找到了三种类型的稳定的解决方案（{ \hv I}，{ \hv II}和{ \hv III}）的产品液滴的结构取决于缩放迁移率的$ϕ$平行和垂直于父产品界面和应力阈值。在{ \hv I}中，$ϕ$非常小，{ \hv II}涉及位于母体-产品界面内高应力区域的大$ϕ$，{ \hv III}中$ϕ$完全润湿母体-产品界面。虽然在解{ \hv I}中孪晶的宽度$l$和尺寸$W$遵循$l\propto\sqrt{W}$，但这种关系对于{ \hv II}或{ \hv III}不成立。我们获得了以这些溶液为特征的动态相图，并认为它们代表了特定的微观结构，例如孪生或错位的马氏体。
2011-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Deformation, lattice instability, and metallization during solid-solid structural transformations under general applied stress tensor: example of Si I -> Si II
采用密度泛函理论（DFT）研究了半导体Si I（立方A4结构）和金属Si II（四方A5结构）在一般应力张量作用下的固-固相变（PT）过程中的应力-应变行为、弹性不稳定性和金属化.与正常的应力（$σ_1$，$σ_2$，$σ_3$）作用沿$\left<110 \right>$，$\left<1\bar{1}0 \right>$，和$\left<001\right>$，分别指示模拟单元，我们确定了6个独立的应力，驱动硅I $\rightarrow$硅II PT的晶格不稳定性的组合，和一个超导金属电子过渡。金属化先于结构PT，因此，应力Si I可以是金属。令人惊讶的是，无应力的Si II在DFT中是亚稳态的。值得注意的是，静水压力的PT为75.81 GPa，而在单轴应力下为11.03 GPa（或3.68 GPa平均压力）。我们的主要成果：Si I -> Si II PT由修正相变功的临界值描述，如用相场方法发现的，并且PT准则对于一般施加应力只有两个参数。更一般地说，我们的研究结果是至关重要的揭示新的（和更经济的）材料合成路线的新的或已知的高压阶段下控制和可预测的非流体静力学加载和塑性形变。
2018-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the Correlation between Solvent Diffusion and Creep Resistance of Mg-Ga HCP Alloys from High Throughput Liquid-Solid Diffusion Couple
基于Mg的低熔点特性，提出了基于唯象分析和纳米压痕实验的液-固扩散偶技术来研究Mg的扩散迁移率和蠕变变形。在Mg-Ga hcp合金中，Ga溶质（即杂质）和Mg溶剂在hcp Mg-Ga合金中的扩散都被揭示出来。随后通过纳米压痕沿着相同Mg-Ga对样品内的组合物阵列绘制压缩蠕变行为。Mg-Ga hcp合金的压缩蠕变抗力随着Ga含量的增加而增加，这种增强与Mg-Zn合金中发现的相似，而优于Mg-Al合金中报道的，尽管Al在hcp-Mg中的杂质扩散比Zn和Ga慢。因此，溶剂扩散及其随组成的变化，而不是溶质扩散，建议在高温和低应力下控制蠕变性能。
2021-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Morphology preserving solid-to-solid transformation of minerals mediated by a self-assembled temperature responsive polymer membrane: calcite to hydroxyapatite
具有复杂形貌的纳米晶体的组装引起了极大的科学兴趣。控制这些自组装结构的形成已被证明是困难的。在这里，我们提出了一种新的转换反应，用于将矿物的单晶转换为具有较低溶解度的物质的纳米晶体的组装体，而不改变整体形态。本研究的重点是菱方体方解石晶体向羟基磷灰石纳米晶组装体的转化，以控制转化过程。这产生了HAP纳米颗粒的颗粒组装体，大体上保留了原始的菱形方解石形态。
2019-12-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Diffusion of Lithium Ions in Lithium-Argyrodite Solid-State Electrolytes from Equilibrium and Nonequilibrium Molecular Dynamics Simulations
使用固态电解质来提供更安全的下一代可再充电电池变得更加可行，因为设计了具有更大稳定性和更高离子扩散系数的新材料。然而，在固体中扩散系数的准确测定是有问题的，并且可靠的计算是非常受欢迎的。在本文中，我们首次比较了使用非平衡和平衡从头算分子动力学模拟计算的高扩散固态电解质的扩散系数，以证明可以获得的准确性。此外，我们表明，从头算非平衡分子动力学可以用来确定扩散系数时，扩散太慢，它是可行的，以获得他们使用从头算平衡模拟。因此，使用从头算非平衡分子动力学模拟，我们能够获得准确的估计锂离子在Li $_6$ PS $_5$ Cl和Li $_5$ PS $_4$ Cl $_2$，两个有前途的电解质全固态电池的扩散系数。此外，这些计算表明，锂离子在Li $_5$ PS $_4$ Cl $_2$中的扩散系数高于许多其他潜在的全固态电解质，使其有望用于未来技术。还讨论了使用计算和实验方法确定的电导率变化的原因。它表明，小程度的无序和空缺，可以导致在数量级的差异，在锂$_6$ PS $_5$ Cl中的锂离子的扩散系数，这些因素很可能有助于在实验报道的值中观察到的不一致。值得注意的是，Li空位和无序的引入可以增强Li $_6$ PS $_5$ Cl的离子电导率。
2019-12-06 cond-mat.mtrl-sci
On the Variability of Critical Size for Homogeneous Nucleation in a Solid-State Diffusional Transformation
在涉及成核和生长的固态扩散相变中，均匀过程的临界核的尺寸（r*homo=r*）被假定为该相变的时不变常数。与该过程相关的应变具有正能量贡献，并导致r* 的值相对于从液体成核的值增加。随着这种转变的进行，存储在基体中的应变能增加，并且在稍后阶段形成的核遇到应变基体。作为一个模型系统，使用块体金属玻璃的失透，我们表明，r* 是不是一个基数均匀形核的时不变常数，可以增加或减少取决于应变能惩罚。我们表明，关于r* 的恒定性的假设是真的，只有在早期阶段的转变，并建立的转变的进展导致的R*，这是一个功能的微观结构的细节，几何变量和物理参数的变化幅度。借助高分辨率的晶格条纹成像和计算的r*，我们进一步认为，“类液体”的均匀成核可以发生，并且结论适用于广泛的固态扩散变换。上述效应“打开”了一条纯粹由系统内部变量引起的低势垒转化途径。
2020-07-04 cond-mat.mtrl-sci
High-Capacity High-Power Thermal Energy Storage Using Solid-Solid Martensitic Transformations
增加导热性增强以增加固-液相变热能存储模块中的热功率损害了体积能量密度，并且常常将活性相变材料（PCM）的质量和体积减小一半以上。在这项研究中，一个新的概念，建设热能存储模块，使用高导电性，固-固，记忆合金证明，以消除这种权衡，使设备具有高的传热速率和高热容量。对镍钛合金Ni50.28Ti49.36进行固溶热处理，并使用差示扫描量热法和氙闪光进行表征，以确定奥氏体和马氏体相的相变温度（78 ℃）、潜热（183 kJ m-3）和热导率（12.92/12.64 Wm-1 K-1）。四个平行板热能存储示范设计，制造，并在热流体测试装置进行测试。这些包括基线显热模块（铝）、常规固-液PCM模块（铝/1-十八烷醇）、全固-固PCM模块（Ni50.28Ti49.36）和复合固-固/固-液PCM模块（Ni50.28Ti49.36/1-十八烷醇）。通过使用高导电性固-固PCM，并且消除对澄清剂和导电性增强的需要，我们能够证明与传统方法相比，体积热容提高了1.73-3.38倍，功率密度提高了2.03-3.21倍。这些实验结果得到了分析模型的支持，以解释所观察到的传热物理学，并揭示了热时间常数的5.86倍的改善。这项工作证明了使用多功能形状记忆合金构建大容量和高功率热能存储模块的能力，并为热能存储性能的飞跃式改进打开了大门。
2020-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Comment on "Modeling oxygen self-diffusion in UO2 under pressure by M.W.D Cooper et al., Solid State Ionics 282 (2015) 26-30"
最近通过将分子动力学计算与化学模型cBΩ模型相结合，研究了UO ${_2}$中的氧自扩散系数[Cooper et al. Solid State Ionics 282（2015）26-30]在压力（0- 10 GPa）和温度（300- 1900 K）范围内的变化。氧自扩散作为增加静水压力的函数的显着减少，以及相关的活化能的增加被确定。在这里，我们扩展这项研究，并发现相应的激活体积的压缩性超过显着的压缩性的散装材料几乎一个数量级。这个结果很重要，因为在文献中通常假设这两个压缩系数相等。当将该体积的热膨胀系数与散装固体的热膨胀系数进行比较时，这同样成立。
2016-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Solid-like to Liquid-like Behavior of Cu Diffusion in Superionic Cu2X (X=S, Se): An Inelastic Neutron Scattering and Ab-Initio Molecular Dynamics Investigation
Cu 2Se和Cu 2S是具有大扩散系数的超离子导体的优良模型系统，已报道其表现出不同的固-液状Cu离子扩散。在本文中，我们澄清这些化合物的原子动力学与温度相关的从头算分子动力学（AIMD）模拟和非弹性中子散射（INS）实验。利用动力学结构因子和Van-Hove关联函数，我们询问了跳跃时间、跳跃长度分布和相关的扩散系数。在500 K下，我们发现在Cu-Cu_2Se中，Cu跳跃长度与晶体中~3 μ m的第一近邻Cu-Cu距离很好地匹配的固体扩散，并且清楚地定义了涉及Cu振动的光学声子。在700 K以上，跳跃长度分布变成一个宽的最大值，在4 μ m左右，跨越第一和第二相邻的晶格距离，并同时加宽的Cu-声子态密度。此外，高于900 K，Cu扩散变得接近液体状，Cu原子的分布连续连接晶体位点，而涉及Cu运动的振动模式是高度阻尼的，尽管仍然没有完全过阻尼的液体。在低温下，类固体扩散与先前的X射线衍射和准弹性中子散射实验一致，而类液体扩散的高温观察与先前的AIMD模拟一致。我们还报告AIMD模拟在Cu 2S的六方和立方超离子相，并观察类似的固体和液体扩散在低温和高温下，分别。计算的离子电导率与报道的实验值是在公平的协议。
2022-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic approach to the evaluation of diffusion coefficients for substitutional f.c.c. solid solutions
原子扩散动力学的微观理论用于f.c.c.替代固溶体在这种方法中，短程有序弛豫是由于原子迁移。辐射漫散射的时间依赖性的实验数据用于确定原子迁移的微观特征。该模型考虑了原子在长程浓度不均匀场中跃迁的离散性和各向异性。这种考虑适用于密堆积的Ni-Fe固溶体。原子跳跃的概率估计，允许确定的扩散系数和激活能。同时，利用长程序随时间演化的独立动力学实验数据，计算了L12-Ni-Fe合金的扩散系数。
2014-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of shear localization in viscoplastic solids with pressure-sensitive structural transformations
本文建立有限应变本构模型，分析压力敏感结构转变的粘塑性固体中绝热剪切局部化条件，并揭示相变对纯铁和高强度钢局部化应变的影响。
2024-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Kinetic phase diagram for a binary system near the transition to diffusionless solidification
在局部非平衡方法的框架内，考虑了二元混合物在界面速度$V$接近于液相$V_D$的扩散速度的区域中的快速凝固。在此高速区，不用平衡相图的概念，导出了代表动力学相图的响应函数“温度-速度”的解析表达式。分析了无拖曳和有拖曳时界面的运动模式。结果表明，拖曳效应可以伴随着局部界面温度最大值在$V = V_D$。
2021-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Molecularly-thin anatase field-effect transistors fabricated through the solid state transformation of titania nanosheets
我们证明了场效应晶体管（FET）操作的分子薄的纳米晶相通过固态转变从Ti0.87O2纳米片。厚度为0.7 nm的单层Ti0.87O2纳米片是二维氧化物绝缘体，其中掺入了Ti空位，而不是氧空位。由于制备方法通常在很大程度上影响薄膜质量，因此由Ti0.87O2纳米片衍生的TiO 2薄膜显示出有趣的特性，例如在约2 eV处没有光电流峰，这与氧空位有关，并且具有3.8 eV的较大带隙。10 nm厚的MOSFET具有优异的输运特性，室温下最大迁移率约为1.3 cm 2 V-1 s-1，电流开/关比约为105。分子薄的FET可以提供新的功能，如催化性能的场效应控制。
2017-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Solid state phase transformation kinetics in Zr-base alloys
本文提出了一个<-->用于轻水堆燃料包壳材料的锆合金固态相变（α-β）动力学模型。该模型计算β或α相分数的相对量作为合金中时间或温度的函数。该模型考虑了过量氧（由于氧化）和氢浓度（由于氢拾取）对相变动力学的影响。提出了由A和B表示的模型的两个变体。模型A适用于模拟加热/冷却速率恒定且规定的实验室实验。模型B更通用。我们比较了我们的模型计算的结果，对于A和B的变体，与文献中报道的可访问的实验数据，包括加热/冷却速率高达100 K/s。我们的比较结果是令人满意的，特别是对模型A。我们的模型B的目的是在燃料棒行为的计算机程序，适用于反应堆事故的情况下，其中锆基燃料包壳可能会通过α-<-->β相变的实施。
2021-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Stress-driven phase transformation and the roughening of solid-solid interfaces
应力对多相固液体系的作用常常导致形态不稳定。在这里，我们提出了一个固-固相变模型粗糙不稳定性的两个多孔材料之间的界面具有不同的孔隙率在正常的压缩应力。这种不稳定性是由界面上自由能量密度的有限跳跃触发的，它导致形成与压实主方向一致的指状结构。该模型被提出作为一个解释粗糙化的stylelae-不规则的接口与压实的沉积岩，波动的平面垂直于压实的主要方向。
2007-11-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Structural transformations driven by local disorder at interfaces
本文通过元动力学模拟结合机器学习路径集体变量，揭示钨中A15-体心立方相变界面处局部无序区域是驱动原子重排和结构转变的关键机制，并解释了不同取向关系下界面迁移率差异及界面台阶的形成。
2023-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Non affine deformations and shape recovery in solids undergoing martensitic transformations
我们研究，使用分子动力学模拟，形状恢复的动力学在一个模型固体经历的转变，从正方形到一般的菱形晶格，三角形晶格被包括作为一个特殊的情况。我们确定的必要和充分条件，这样的形状恢复的性质和动力学的瞬态和本地化的{ \em非仿射区}不可避免地伴随着变换。
2008-03-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
A coupled model of diffusional creep of polycrystalline solids based on climb of dislocations at grain boundaries
本文提出了一种基于热力学的连续介质理论来模拟多晶固体的扩散蠕变。它由空位扩散和力学的耦合问题组成，其中空位在晶界处的产生/吸收是由晶界位错攀移驱动的。该模型是在一般平衡定律和完成的选择符合经典的非平衡态热力学的本构方程。扩散蠕变的动力学是从基于物理的机制在晶界处的位错的攀登，从而引入了对边界位错的密度和流动性的扩散蠕变的依赖。几个有代表性的例子已经解决了使用有限元方法，并假设代表性的体积元素组成的阵列的规则形状的晶体。应力，温度，晶粒尺寸和晶界位错迁移率的影响进行了分析和比较与经典理论的扩散蠕变。模拟结果表明，本模型再现宏观应力和晶粒尺寸的依赖性下观察到的扩散和界面控制制度，以及这种依赖性与温度的演变的能力。此外，该模型的数值实现允许通过微观结构预测微观场的演变。
2019-11-15 cond-mat.mtrl-sci
A model solid-state structural transformation: Tetragonal to Orthorhombic
我们研究了二维粒子质点系的平衡性质，该系统与对势和三体势相互作用，经历了从正方晶格到菱形晶格的结构转变，从而构成了一个简单的模型，为一般的四方晶格到正交晶格的转变。我们的目标是在一个中间水平的描述躺在粗粒度的弹性应变哈密顿和微观从头算方法之间。宏观热力学性质和相图在零和有限的温度作为密度和相对强度的对和三体能量的函数得到使用晶格总和，一个近似的“细胞模型”理论和分子动力学模拟在NVT合奏。我们建议，该模型固体可用作一个试验台的静力学和动力学的结构转变的研究。
2001-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Velocity selection problem for combined motion of melting and solidification fronts
本文讨论了两个移动固液界面的自由边界问题，这两个界面通过它们之间的液体层中的扩散场强烈地相互作用。这个问题出现在固体合金部分熔化过程中的液膜迁移（LFM）的背景下。在LFM机制中，系统选择由液膜中的扩散控制的更有效的动力学路径，而仅具有一个熔融前沿的过程将由母固相中的非常缓慢的扩散控制。相对较弱的相干应变能是线性调频的有效驱动力。在经典的枝晶生长问题，也在这种情况下，一个精确的家庭的稳态解与两个抛物线的前线和任意的速度存在，如果忽略毛细效应。我们发展了一个速度选择理论，包括各向异性表面张力的影响。与经典枝晶生长相比，熔化前沿附近固体中的强扩散相互作用和相干应变效应导致了实质性的变化。
2005-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Solute trapping and diffusionless solidification in a binary system
大量关于二元体系快速凝固的实验数据表明，在初始（标称）化学组成下会形成亚稳固相。这一事实是解释完整的溶质捕获导致扩散（化学无分区）凝固在有限的晶体生长速度。特别注意的是开发一个模型的快速凝固，描述了从化学分配的过渡到扩散生长的晶体。分析处理导致完全溶质捕获的条件，其直接从固液界面周围的溶质扩散和在界面处的原子附着和分离的分析得出。在界面处的通量平衡所得到的方程考虑了两个动力学参数：界面上的扩散速度$V_{DI}$和体相中的扩散速度$V_D$。该模型描述了Si-As合金凝固过程中非平衡溶质分配的实验数据[M. J. Aziz等人，J. Cryst. Growth { \bf 148}，172（1995）; Acta Mater. { \bf 48}，4797（2000）]中对于所研究的凝固速度的整个范围。
2007-09-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Observation of the Accelerated Diffusion in Nanoparticles of Paradibromobenzene /Paradihlorbenzene Solid Solution
合成了对二氯苯分子中的对二溴苯纳米粒子。测量了这些纳米颗粒的拉曼光谱。在对二氯苯分子扩散时，在对二溴苯中形成纳米固溶体。拉曼光谱反映了纳米颗粒在扩散时的结构变化。与固溶体单晶不同，在纳米颗粒中，在室温下观察到加速扩散$D = 1.3 \pm 0.02 10^{-11} cm^2/s$。计算表明，扩散加速是由于纳米颗粒尺寸减小时晶格参数放大所致。
2009-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Discrete Solid-on-Solid Model for Nonequilibrium Growth Under Surface Diffusion Bias
介绍了一个有限迁移率非平衡固体-固体动力学模型，作为一个简单的描述随机气相沉积和表面扩散偏置条件下的生长界面的形态演变。大规模的随机蒙特卡罗模拟使用一个本地的协调依赖的瞬时松弛的沉积原子产生复杂的表面形态，其动态演化是不符合任何现有的连续动态表面生长方程。利用大规模模拟定量计算了形貌演化的粗化和粗化动力学临界指数。
1998-01-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Spin Diffusion and Relaxation in Solid State Spin Quantum Computer
自旋扩散和弛豫过程的量子计算应用的理论和数值研究。分析了自旋量子计算机的两种可能实现方式：（i）二维自旋阵列中的边界自旋链和（ii）孤立自旋链。在这两种情况下，自旋扩散和弛豫是由位于SQC外部的快速弛豫自旋引起的。我们已经表明，在这两种情况下的松弛可以抑制由外部非均匀磁场。在第二种情况下，我们的计算机模拟揭示了各种类型的弛豫过程，包括随机分布的磁矩的激发和固定和移动畴壁的形成。讨论了抑制快速自旋弛豫的最佳参数范围。
2005-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Unexpected variations in the kinetics of solid solution alloys due to local interactions
原子在固体中的扩散是最基本的动力学过程之一，它最终决定了许多材料的性质。在这里，我们报告的第一性原理和动力学蒙特卡罗研究无序的Ti-Ta合金在整个组成范围内的宏观扩散性能相结合。使用简单的集群扩展模型哈密顿参数化的密度泛函理论的数据，我们计算明确包括两个原子物种之间的局部相互作用的输运性质，并比较它们与无序，随机合金的非相互作用扩散模型。令人惊讶的是，我们发现，虽然这些合金crystically表现为近随机的固溶体，其动力学性质偏离显着的行为预测的非相互作用系统的扩散模型。我们将这些传输特性的差异归因于局部相互作用，这些相互作用产生了一个相当波纹的势能景观，从而产生了能量非退化的扩散过程的最终状态，这在非相互作用的无序或其他更简单的扩散模型中无法实现。研究结果强调了这种系统的非相互作用无序扩散模型的局限性。此外，我们解释说，在这些合金中的流动性的变化主要是由于局部相互作用引起的相关因子的变化。因此，我们的工作突出了明确包括当地的相互作用时，评估几乎无序合金的输运性质的重要性。
2021-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Low Dimensional Lattice Diffusion in Solids Investigated by Nuclear Spin Echo Measurements
通过核磁共振自旋回波实验的数值模拟研究了固体中的晶格扩散和内部局域磁场梯度。本文采用傅里叶谱方法求解一维和二维晶格约束下具有任意磁场梯度的布洛赫-托里方程。
2005-03-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
A level-set formulation to simulate diffusive solid/solid phase transformation in polycrystalline metallic materials -- Application to austenite decomposition in steels
关于多晶材料的数字化描述和形变热处理过程中材料演化的模拟，存在着许多全场数值方法。然而，这些策略在全球范围内致力于单相材料的再结晶和晶粒生长的建模，或不考虑再结晶和相关现象的相变建模。一个广义的数值框架，能够在多相多晶方面的预测，同时尊重不同的微观结构机制的伴随，因此是最感兴趣的。提出了一种新的基于有限元水平集的全场数值计算方法，主要用于模拟两相金属合金在介观尺度下的扩散固-固相变。一个全球性的动力学框架，能够占其他相伴的机制，如再结晶和晶粒长大被认为是在这个数值模型。所提出的数值框架是有前途的，通过一对夫妇的说明性的1D和2D的测试情况下，在钢中的奥氏体分解，并与ThermoCalc的估计相比。
2022-08-19 cond-mat.mtrl-sci cs.CE
Growth enhanced surface diffusion and elastic instability on amorphous solids
发展了一个固体生长的连续模型，考虑了吸附原子的沉积、表面扩散和与结构相关的掺入率。对于非晶态固体，它与表面能密度有关。高吸附原子密度导致（a）Mullins经典方程[J. Appl. Phys. { \bf 28}，333（1957）]的生长增强动力学，而没有（b）生长膜中具有横向应力的Asaro-Tiller-Grinfeld-Srolovitz不稳定性。后者的机制是由于在最近的实验中发现的形态。
2000-04-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Interaction of ammonium with birnessite: Evidence of a chemical and structural transformation in alkaline aqueous medium
研究了碱性介质中铵离子与钠水钠锰矿的相互作用。溶液和固体分析证明水钠锰矿不仅是作为阳离子交换剂朝向NH 4+。XPS表面分析表明，N1s光谱的特点是存在两种不同的环境：一个分配到层间NH 4+和第二个化学吸附的N-物种。在水钠锰矿上观察到氮质量平衡赤字的结构和化学转变。NH 4+、Na+、Mn 2+、NO3-和NO2-的监测以及固体变化（通过XRD和FTIR鉴定的Mn的平均氧化态、阳离子交换容量、固体氮含量和对称性演化）明确地表明NH 4+与水钠锰矿发生化学反应。
2022-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Derived Crystal Structure of Martensitic Materials by Solid-Solid Phase Transformation
我们提出了一个数学描述的晶体结构：潜在的平移周期性连同不同的原子位置的对称操作的单位细胞。这与国际晶体学表一致。通过柯西-玻恩假设，这种描述可以与连续介质力学理论相结合，计算由固-固相变产生的衍生晶体结构。此外，我们还推广了父格与导格之间的定向关系的表达式。推导出的结构合理化的晶格参数和一般的等效原子的位置，有助于索引过程中的低对称性马氏体材料进行相变的X射线衍射分析。在CuAlMn记忆合金的分析证明。从其奥氏体相（L2_1面心立方结构）中，我们确定衍生的马氏体结构具有正交对称性Pmmm，衍生的晶格参数a_dv = 4.36491 Å、b_dv = 5.40865 Å和c_dv = 4.2402 Å，可以很好地索引复杂的X射线劳厄衍射图案，并验证取向关系。
2019-09-14 cond-mat.mtrl-sci math.AG
Linking quantum mechanical features to structural phase-transformation in inorganic solids
研究提出局部晶格畸变描述符，结合量子力学效应预测含镧系和过渡金属无机固体的结构相变，并通过实验验证了其准确性和通用性。
2025-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Effect of molar volume of diffusing elements and cross terms of Onsager formalism (vacancy wind effect) on estimated diffusion coefficients in ternary and multicomponent solid solutions
本文研究三元及多组分固溶体中扩散元素摩尔体积和Onsager交叉项（空位风效应）对本征与示踪扩散系数相关性的影响，通过NiCoFeCr及虚构四元多主元体系对比，揭示恒定摩尔体积假设会引入显著误差，为扩散分析提供重要修正。
2025-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Mechanism of the fcc-hcp Phase Transformation in Solid Ar
采用跃迁路径取样分子动力学模拟，对固体氩（Ar）中{ \it fcc} → { \it hcp}相变机制进行了原子论描述.在对8000个粒子系统取样的过程中收集到的相变路径根据晶格变形和弛豫细节揭示了三种相变类型。在所有三种过渡类型中，我们看到缺陷的临界积累和较不有序的过渡态的均匀生长，随后是有序相的均匀生长。讨论了堆垛无序描述原子在111面内的跃迁过程和合作运动。我们研究了较大体系的成核。在一个18000个粒子的系统中，这种跃迁所需的原子集体运动是由堆垛层错的形成和生长促进的。然而，焓垒仍然远远超出了热涨落。高势垒解释了先前的实验观察，即在低压下无法实现体转变，甚至在极高的压力下也无法实现体转变。在散装氩的过渡机制是不同的氩纳米团簇的斜方晶系的中间结构，建议后者是没有观察到在我们的任何模拟。
2017-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Non-equilibrium intermixing and phase transformation in severely deformed Al/Ni multilayers
采用元素箔反复折叠和冷轧（F&R）的方法制备了Al/Ni多层膜。在50次F&R循环后，Al和Ni箔的厚度减小到小于50 nm。三维原子探针分析清楚地揭示了过饱和固溶体的存在，并给出了变形诱导的混合的证据。讨论了固溶体的形成及其在退火时向Al 3 Ni相的转变。
2006-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Effect of interface phase transformations on diffusion and segregation in high-angle grain boundaries
最近对Cu中Ag杂质在105（310）晶界（GB）中扩散的实验测量揭示了暗示可能的结构转变的不寻常的非阿氏行为[Divinski等人，B85，144104（2012）]。另一方面，原子计算机模拟最近发现了金属中高角度GB的相变[Frolov等人，arXiv：1211.1756v2（2013）]。本文采用原子模拟方法研究了Ag在Cu_（60）5（310）GB两种不同结构相中的扩散和偏聚，这两种结构相随温度的变化而相互转化。与实验数据的良好协议，验证了实验中看到的不寻常的扩散行为是由相变引起的假设。模拟还预测，低温GB相表现出单层偏析模式，而高温相具有双层偏析。总之，模拟和实验提供了第一个令人信服的证据，在大角度金属GB的结构相变的存在，并证明其检测GB扩散测量和原子模拟的可能性。
2013-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Na-ion Dynamics in the Solid Solution Na$_{\rm x}$Ca$_{1- \rm x}$Cr$_2$O$_4$ Studied by Muon Spin Rotation and Neutron Diffraction
在这项工作中，我们提出了一套系统的测量进行的μ子自旋旋转/弛豫（$μ^+$ SR）和中子粉末衍射（NPD）的固溶体钠$_{\rm x}$钙$_{1- \rm x}$铬$_2$ O $_4$。本研究探讨钠离子动力学的准一维（Q1 D）扩散通道所产生的蜂窝状排列的氧化铬$_6$八面体，在存在的缺陷引入Ca掺杂。随着Ca含量的增加，扩散通道的尺寸增大，但是，这种效应并没有提高Na离子的迁移率。相反，整体扩散率受到局部缺陷的阻碍，Na跳跃概率降低。在Na $_{\rm x}$ Ca $_{1- \rm x}$ Cr $_2$ O $_4$中的扩散机制被认为是间隙的，并且确定了固溶体的所有成员的激活能以及扩散系数。
2022-11-23 cond-mat.mtrl-sci
A viewpoint from dissipative dynamics on diffusion-controlled directional solidification
本文基于相场模型，从耗散动力学视角研究定向凝固全过程，揭示溶质扩散系数对界面耗散、凝固阶段及形态演化的关键作用。
2023-09-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-fidelity level-set modeling of diffusive solid-state phase transformations for polycrystalline materials
针对多晶尺度下相变与晶界迁移割裂的问题，提出耦合 ThermoCalc、支持多元合金与形核建模的高保真水平集框架。
2024-05-01 cond-mat.mtrl-sci cs.CE
Pbnm to R3-c phase transformation in (1-x)LaFeO3.xLaMnO3 solid solution due to modifications in structure, octahedral tilt and valence states of Fe-Mn
首次报道了（1-x）LaFeO 3·xLaMnO 3（LFO-LMO）固溶体的理论支持的实验研究，其揭示了在x=0.625的化学组成下从Pbnm和R3-c相的相变。利用X射线光电子能谱学（XPS）、拉曼光谱（Raman）、X射线衍射（XRD）和密度泛函理论（DFT）研究了八面体畸变与相变的关系。在价态和电子性质研究的支持下，对结构晶格参数、键长、键角进行了详细的研究。所有上述参数显示了对相变的相关修改。研究了不同Fe：Mn含量下BO_6八面体的畸变和倾斜，并用来自精细晶体学信息文件（CIF）的Glazer表示法表示。从中心非倾斜位置倾斜的角度也示出了与相变相关的修改。阳离子的价态和大小影响八面体的倾斜。八面体体积减小，因为整个钙钛矿结构随着Mn含量的增加而相对平坦化，这意味着BO 6八面体和La 8 O 6笼都平坦化。的振动特性进行了实验研究，并支持DFT声子计算，详细的位移模式（本征矢量）揭示相当深入的化合物的晶格动力学。实验研究了能带性质的光电改性，并得到了理论支持。因此，本文对LFO-LMO固溶体的结构相关相变进行了深入的分析。
2020-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Studies of atomic diffusion in Ni-Pt solid solution by x-ray photon correlation spectroscopy
采用原子尺度X射线光子相关谱（aXPCS）研究了Ni 97 Pt 3固溶体单晶和多晶样品中原子的扩散行为。利用实验结果和蒙特卡罗模拟讨论了不同的跳跃扩散模型。aXPCS实验的短程顺序（在这种情况下，由一个强大的Pt-Pt排斥力）的灵敏度被证明。活化能为2.93（10）eV，以及在10-23 m2 s-1的范围内的扩散系数在830 K同意非常好的示踪剂扩散研究的结果在更高的温度。
2013-02-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
The solid state phase transformation of potassium sulfate
从水溶液中生长的硫酸钾单晶在第一次加热时损失高达1%的质量，假定为水。这种质量损失发生在附近的PT从斜方晶系到六方晶系K2 SO 4。只有在尚未释放水的K2 SO 4的第一次加热运行中，才能在DTA曲线中观察到预过渡热效应。如果K2 SO 4晶体从含有4 wt.% Cd、Cu或Fe，只有Cu或Fe可以显著结合，浓度为0.1%。对于这种固溶体测量的相变温度取决于加热速率。对于纯K_2SO_4，相变温度与升温速率无关581.3 ℃。相变焓为（5.8 ± 0.2）kJ/mol。
2008-01-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Interfacial Strain Effects on Lithium Diffusion Pathways in the Spinel Solid Electrolyte Li-Doped MgAl$_2$O$_4$
(Li，Al）共掺杂镁尖晶石（Li $_x$ Mg $_{1-2x}$ Al $_{2+x}$ O $_4$）是一种固体锂离子电解质，有可能用于全固态锂离子电池。与尖晶石电极（例如Li $_y$ Mn $_2$ O $_4$和Li $_{4+3z}$ Ti $_5$ O $_{12}$）的界面可以是晶格匹配的，具有潜在的低界面电阻。晶格匹配界面上的小晶格参数差异是不可避免的，导致残余外延应变。这种应变可能会改变界面附近的锂扩散，从而导致界面电阻。在这里，我们报告了一个密度泛函理论研究的应变影响的锂扩散途径（锂，铝）共掺杂镁尖晶石，$x_\mathrm{Li} = 0.25$和$x_\mathrm{Li} = 0.5$。我们已经计算了扩散分布的非应变材料，各向同性和双轴拉伸应变高达6%，对应于{100}外延界面与Li $_y$ Mn $_2$ O $_4$和Li $_{4+3z}$ Ti $_5$ O $_{12}$。我们发现，各向同性的拉伸应变减少锂扩散障碍多达0.32 eV，与典型的障碍减少约0.1 eV。这种效应与过渡八面体站点的体积增加有关，并且广泛地遵循局部静电势。对于双轴（外延）应变变化的八面体网站的体积和锂扩散障碍比各向同性应变小得多。典型的势垒仅降低~ 0.05 eV。然而，个体效应取决于所考虑的途径和相对应变方向。这些结果预测，各向同性应变强烈影响离子电导率（Li，…
2018-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Unravelling the deterministic effect of the solid-state diffusion energy barrier for charge carrier on the self-discharge of supercapacitors
快速电化学器件的进一步发展受到自放电的阻碍。目前抑制自放电的策略主要集中在外部和一般机制，包括法拉第反应，电荷重新分配，欧姆泄漏。然而，传统超级电容器的自放电过程仍然很严重。在这里，我们解开了固态扩散能垒的确定性效应，通过构建共轭配置的超级电容器的基础上对预锂化铌氧化物具有类似的嵌入赝电容过程，但不同的阶段。该器件采用单一类型的载流子工作，同时可以注入具有各种扩散势垒的材料，从而作为一个理想的平台来说明扩散势垒的影响。结果表明，固态扩散势垒和非本征效应的综合作用驱动了自放电过程。值得注意的是，扩散势垒呈现指数形式，其控制超级电容器的自放电。这一工作有望揭示固态扩散能垒的确定性效应，并为抑制超级电容器的自放电提供一般指导。
2023-01-12 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Dependence of SWNT Growth Mechanism on Temperature and Catalyst Particle Size: Bulk versus Surface Diffusion
分子动力学模拟表明，单壁碳纳米管从固体和液体金属颗粒的成核和生长的许多方面是相似的。在这两种情况下，石墨岛从簇表面剥离，形成生长成单壁碳纳米管的帽。然而，与液体颗粒相反，其中C原子在添加到生长的单壁碳纳米管之前主要扩散到团簇的主体中，将C掺入固体颗粒上的单壁碳纳米管中主要通过表面扩散发生。
2006-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Time dependent elastic response to a local shear transformation in amorphous solids
通过分子动力学模拟研究了二维非晶态固体对诱导的局部剪切相变的弹性响应，这种相变模拟了变形玻璃中发生的基本塑性事件。我们表明，对于不同的空间实现的变换，尽管相对波动的顺序之一，长时间的平衡响应平均预测的Eshelby包含问题的连续弹性介质。我们的基本动力学的弹性信号的传播上的影响的特征。交叉传播传输的情况下，弱阻尼动力学的扩散传输强阻尼的证据。在后一种情况下，全时变弹性响应与理论预测一致，通过求解弹性介质中位移场的扩散方程获得。
2014-02-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Microscopic dynamics of lithium diffusion in single crystal of the solid-state electrolyte La$_{2/3-x}$Li$_{3x}$TiO$_{3}$ ($x=0.13$) studied by quasielastic neutron scattering
采用准弹性中子散射（QENS）测量和基于第一性原理的分子动力学计算相结合的方法研究了固体电解质La $_{2/3-x}$ Li $_{3x}$ TiO $_{3}$（LLTO）与$x=0.13$中Li $^+$离子的动力学行为。通过使用大的$^7$富锂单晶样品，在600 K的温度（$T$）下沿三个主轴[110]，[111]和[001]清楚地观察到QENS信号。沿每个方向的QENS信号的线宽的波矢依赖性很好地解释了使用Chudley-Elliot模型通过瓶颈广场的钙钛矿晶格的A位点之间的跳跃，这也被分子动力学计算所支持。在$T=600$ K下，估计的Li $^+$（$D_{Li}$）在$ab$平面中的自扩散系数[ $D^{ab}_{Li}=(6.8\pm0.5)\times 10^{-6}$ cm $^2$ /s]略大于沿$c$轴的自扩散系数[ $D^{c}_{Li}=(4.4\pm0.3)\times 10^{-6}$ cm $^2$ /s]，表明准各向同性扩散，即Li $^+$离子的三维扩散。$D_{Li}$随$T$的降低而降低的现象可以通过热活化过程合理地解释，活化能由离子电导率测量确定。此外，Li $^+$离子的自扩散系数的估计值与基于硫化物的Li $^+$离子导体Li $_{7}$ P $_{3}$ S $_{11}$中的自扩散系数相当，尽管其离子电导率比LLTO大10倍。…
2021-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of diffusion in solid state electrolytes through MD-simulations, improvement of the Li-ion conductivity in β-Li3PS4 as an example
分子动力学模拟是研究电池电解液和电极材料中扩散过程的有力工具。从一个单一的分子动力学模拟的扩散相关的许多属性可以得到，包括扩散路径，尝试频率，活化能，和集体扩散过程。这些详细的扩散性质提供了对固体电解质中扩散的透彻理解，并为改进的固体电解质材料的设计提供了方向。在这里，一个彻底的分析方法，并应用于DFT MD模拟的锂离子在β-Li 3 PS4中的扩散。所提出的方法一般适用于晶体材料，并有利于分子动力学模拟的分析。用于分析的代码可在https://bitbucket.org/niekdeklerk/md-analysis-with-matlab上免费获得。对β-Li 3 PS4的研究结果表明，bc-平面之间的跳跃限制了这类重要的固体电解质材料的导电性。模拟结果表明，通过添加Li空位或Li空位，可以显著加速速率限制跳跃过程，诱导三维扩散，从而提高Li离子的扩散系数。通过Br掺杂可以引入Li空位，这被预测会导致β-Li 3 PS4中的Li离子电导率提高一个数量级。此外，本模拟合理化的改善锂离子扩散率O掺杂通过创建本地Li-晶体。
2017-12-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
The effect of a reversible shear transformation on plastic deformation of an amorphous solid
利用分子动力学模拟研究了静态体系中模型玻璃对局部剪切变形的塑性响应。材料的变形是由球形夹杂物引起的，球形夹杂物逐渐应变成相同体积的椭球体，然后恢复成球形。我们发现，破笼事件的数量随着剪切变形的应变振幅的增加而增加。数值模拟结果表明，在弱阻尼或慢剪切变形情况下，笼跃密度较大。值得注意的是，我们还发现，对于一个给定的应变振幅，密度分布的峰值是一个函数的比例的阻尼系数和时间尺度的剪切转变。
2015-05-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
An atomic perspective on the serpentine-chlorite solid-state transformation
绢云母矿物是变质岩的重要组成部分，也是很有前途的纳米地质材料。蛇纹石是最丰富的蛇纹石矿物，在变质过程中可转变为蛇纹石。这种有趣的相变应该会影响俯冲带底部的非稳态蠕变和缓慢滑动过程中的变形行为，但在原子尺度上还没有从结构和化学上得到理解。在这里，我们可视化的阳离子和氧原子使用国家的最先进的低剂量扫描透射电子显微镜，并发现，重组主要涉及协同迁移的四面体阳离子和氧阴离子，再加上迁移的八面体三价阳离子水镁石样夹层。此外，我们表明，不同的蛇纹石多型导致不同的规则间层的蛇纹石和蛇纹石。我们的研究结果澄清了长期存在的难题，如何固态层硅酸盐转变发生，并导致长周期有序结构。
2021-03-09 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Robustness of avalanche dynamics in sheared amorphous solids as probed by transverse diffusion
使用数值模拟，我们进行了广泛的有限尺寸分析的横向扩散系数在剪切的2D非晶态固体，在很宽的应变率范围内，在温度高达过冷液体制度。因此，我们获得直接的定性证据的持久性之间的相关性基本塑料事件的玻璃化转变温度$T_g$附近。数据的定量分析，结合先前的研究$T$ -和$\dotγ$ -依赖的宏观应力\cite{ChattorajCaroliLemaitre2010}，导致我们得出结论，平均雪崩大小基本上不受温度高达$T\sim0.75 T_g$。
2011-03-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
