Energetic Origins of Competing Deformation Modes in Metastable Titanium Alloys
本研究通过分子动力学模拟揭示亚稳态钛合金中变形模式竞争由相变自由能垒和错配应变能决定，为合金设计提供物理基础。
2025-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Metastable defects decrease the fill factor of solar cells
基于Cu（In，Ga）Se2的太阳能电池的功率转换效率超过23%。然而，这些太阳能电池的填充因子（最佳值在80%左右）相对较低（Si达到84.9%），主要是由于二极管因子大于1。最近，我们提出亚稳缺陷，Cu（In，Ga）Se2合金的一般特征，是增加二极管因子的起源。我们测量的二极管因子的裸吸收层的激发依赖的光致发光。对于高品质，因此高发光多晶吸收剂，我们评估的二极管因子的激发依赖性超过四个数量级。使用模拟和亚稳态缺陷的模型，我们可以很好地描述的n型和p型外延膜以及多晶吸收体的实验结果，为这个模型提供额外的证据。我们发现，光致发光光学测量的二极管因子施加一个下限的二极管因子电测量成品太阳能电池。有趣的是，通过Ag合金化，即（Ag，Cu）（In，Ga）Se2吸收体，获得了最低的二极管因子（光学和电学）以及因此81.0%的最高填充因子。这一发现暗示了一种提高填充因子的途径，从而提高了Cu（In，Ga）Se2基太阳能电池的效率。
2022-04-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Impact of metastable defect structures on carrier recombination in solar cells
太阳能电池的效率通常受限于由光伏（PV）半导体的带隙内的缺陷态介导的电子-空穴复合。Shockley-Read-Hall（SRH）模型考虑了一个可以连续捕获电子和空穴的静态陷阱。然而，在现实中，真正的陷阱能级随缺陷电荷状态和局部结构而变化。在这里，我们考虑的亚稳态结构配置捕获电子和空穴的作用，碲间隙作为一个说明性的例子。考虑到缺陷动力学，和破环，改变了定性行为，并激活了新的载体捕获途径。我们的研究结果揭示了亚稳态缺陷结构在非辐射复合中的潜在重要性，特别是对于具有非谐/离子-共价键合、多元组合物、低晶体对称性或高流动性缺陷的半导体。
2022-02-25 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Dislocation Activities at the Martensite Phase Transformation Interface in Metastable Austenitic Stainless Steel: An In-situ TEM Study
了解马氏体相变的机理对于开发先进的高强度钢，特别是相变诱发塑性（TRIP）钢具有重要意义。TRIP效应导致增强的加工硬化速率、延迟的颈缩开始和优异的成形性。利用原位透射电子显微镜系统地研究了位错与α马氏体之间的微观动态相互作用。局部应力集中，例如来自缺口或位错堆积，使自由边缘和晶界成为α马氏体的有利成核位置。它的增长导致部分位错发射两个独立的滑移面从异质界面时，奥氏体基体最初是免费的位错。运动学分析表明，激活两个独立的奥氏体{111}面上的滑移系是必要的，以适应界面失配应变。在含有高密度位错的奥氏体区域内通常观察到全位错发射。在这两种情况下，相边界传播产生大量进入基体的位错，这使得总变形相容并提供主相的显著应变硬化。这些移动的位错源使塑性松弛，并防止局部损伤积累的界面区域的软侧上的强烈滑移。因此，细分散的马氏体分布使得整个奥氏体基体的塑性形变更加均匀，这解释了TRIP钢的强度和延展性的优异组合。
2016-12-25 cond-mat.mtrl-sci
Phase transformations in metastable $β$ Zr15Nb alloy revealed by in-situ methods
Charles University（查理大学）；Technical University of Catalonia-BarcelonaTech (UPC)（加泰罗尼亚理工大学）
本研究采用多技术原位方法考察Zr15Nb合金线性加热过程中的相变，识别出两种β相，确定ω固溶线温度约555°C，揭示了宽温区复杂相变序列及结构变化，为该合金的热行为研究提供了多维度实验依据。
2025-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Kinetics of transformation, border of metastable miscibility gap in Fe-Cr alloy and limit of Cr solubility in iron at 858 K
本研究通过对Fe73.7Cr26.3合金进行858 K长时真空退火及穆斯堡尔谱测试，明确了Fe-Cr合金转变的两阶段动力学，测定了亚稳态不混溶区富铁侧边界与Cr溶解度极限，并与现有相图做了对比。
2022-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Peculiar metastable structural state in carbon steel
本文研究了碳钢冷却相变动力学与预退火温度T $_{an}$的关系。结果表明，T $_{an}$ > A $_3$（i. e.高于铁素体开始的温度）以90 - 100 K/s的速率加热，导致基本上取决于T $_{an}$的结构状态;在750 $^0$ C < T $_{an}$ < 830 $^0$ C the transformation is of perlite type whereas at T $_{an}$ >830 $^0$ C时，马氏体结构出现。我们的研究结果表明，在一定的温度范围内形成一个特殊的结构状态附近和以上的两相区的边界，其特征在于基本上纳米级的碳分布，晶格畸变和磁短程有序的异质性。
2017-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Titanium $α- ω$ phase transformation pathway and a predicted metastable structure
由于钛是用于结构轻量化的高度利用的金属，其相、转变途径（过渡态）和结构具有科学和工业重要性。杂质、压力和温度控制大多数工业和地球物理材料中的相稳定性和转变势垒-在Ti中，间隙O、N或C延迟，而替代Al和V抑制$ω$相。采用适当的固态轻推弹性带（SS-NEB）方法，结合双攀像（C2-NEB）和密度泛函理论（DFT+U）方法，详细研究了压力诱导$α$（韧性）到$ω$（脆性）的转变.我们发现两个过渡态沿最小焓路径（MEP），并发现一个亚稳态的体心斜方（bco）结构，稳定的声子，密度低于端点相，并随着压力的增加而降低的稳定性。
2015-12-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.str-el
ZnSnS3 : Structure Prediction, Ferroelectricity, and Solar Cell Applications
太阳能产业的快速发展对高性能、高效率的光电材料产生了强烈的需求。许多铁电体由地球上丰富的元素组成，由于其大的内极化，可用于太阳能电池应用。然而，它们的宽带隙阻止它们吸收可见光到中红外范围的光。在这里，我们解决的带隙问题，特别是通过调查，在钙钛矿结构ZnSnO 3中的氧的硫的替代。使用进化的方法，我们确定了ZnSnS 3的稳定和亚稳结构，并将它们与先前表征的ZnSnO 3进行比较。我们的研究结果表明，ZnSnS 3形成的单斜结构，其次是亚稳态钛铁矿和锂-钛酸盐结构。后者的结构是高度极化的，它具有显着降低的带隙为1.28 eV。这些理想的特性使其成为太阳能电池应用的主要候选者。
2016-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Raman Investigation of the Ice Ic - Ice Ih Transformation
在许多冰的多晶型物中，在环境压力下存在于自然界中的冰I具有两种不同的结构，即稳定的六方（Ih）或亚稳的立方（Ic）结构。立方冰Ic的精确分析一直缺失，直到最近发现了一种简单的方法来获得结构纯的形式。在这里，我们报告了拉曼光谱研究的转变亚稳态冰Ic到稳定的形式Ih，通过应用一个非常缓慢的温度斜坡冰Ic样品最初在150 K。的热行为的光谱特征源自晶格和OH-伸缩振动模式进行了仔细测量，确定的热力学条件的Ic-Ih过渡和动力学的两种结构具有显着的准确性。此外，两次转化动力学测定的比较还可以提供该转化过程活化能的估计。
2020-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Reversible non-equilibrium phase transformation in amorphous germanium
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Suzhou Institute for Advanced Research, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学苏州高等研究院）；Institute of Physics, Slovak Academy of Sciences（斯洛伐克科学院物理研究所）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
通过第一性原理分子动力学模拟，发现锗在平衡熔点以下存在可逆的液-玻璃转变，并伴有宽滞后回线，直接计算自由能证实该转变是一阶相变，为解释非晶锗薄膜的爆炸再结晶提供了依据。
2026-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Grain-boundary-mediated kinetic arrest in graphite-to-diamond transformation
University of Oxford（牛津大学）
研究石墨向金刚石转变在HPHT下的变异性，通过分子动力学模拟发现前驱体晶粒结构控制转变途径，晶界影响成核与生长，确定结构异质性为控制参数，前驱体结晶度可调控转变途径。
2026-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Theory of transformation-mediated twinning
面心立方（fcc）材料中高密度和纳米尺寸的形变孪晶可以有效地提高材料的强度和塑性的配合。然而，微观位错机制，使高孪生仍然难以捉摸。孪晶通常通过孪晶部分位错在连续的密排原子平面上的连续形核和滑动而发生。在这里，我们揭示了一个完全不同的孪生机制是活跃在亚稳态面心立方材料。相变介导孪晶（transformation-mediated twinning，TMT）的特征是先发生从fcc相到密排六方相（hcp）相的位移相变，再发生从密排六方相到fcc孪晶的第二步相变。中间hcp相的形核是由热力学不稳定性和亚稳fcc相的负层错能驱动的。中间hcp结构的特点是Shockley部分位错在基面上容易滑移，变形时同时产生fcc和fcc孪晶板，产生更多的孪晶晶界，进一步提高孪晶的繁荣度。所公开的对亚稳合金中变形孪晶的复杂位错机制的基本理解为设计具有优异机械性能的新型材料铺平了道路。
2021-05-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A hidden low-temperature transformation pathway in compositionally complex materials
Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学）；Max Planck Institute for Sustainable Materials（马克斯·普朗克可持续材料研究所）；Université de Rouen Normandie（诺曼底鲁昂大学）
本研究利用原子探针层析技术，揭示亚稳态Ag₂₄Au₂₀Pd₅₀Pt₆电催化剂中隐藏的低温相演化路径，发现富Pt相转变伴随析氢活性下降3.7倍，为成分复杂材料设计提供新变量。
2026-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Formation and characterization of an Al-rich metastable phase in Al-B phase diagram
机械合金化的硼和铝粉末的真空热处理会形成亚稳的富铝相，该相可以被淬火。它的结构，组成和热稳定性的建立。由X射线粉末衍射确定的晶胞参数为：a=18.3464（19）<$，c=8.9241（9）<$，2601.3（6）<$3，空间群R-3。它在加热至630 °C时稳定。有人建议，这一阶段是一个重要的中间步骤，在形成的AlB 2，并最终，其他硼化物和它的成核和热稳定性的解释高弹性能阻碍在低温下形成平衡相。
2021-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Cell Dynamics Simulation of Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami Kinetics of Phase Transformation
在这项研究中，我们使用细胞动力学方法来测试的有效性Kormogorov-Johnson-Mehl-Avrami（KJMA）相变理论。这种细胞动力学方法类似于众所周知的相场模型，但它是一种更简单和有效的数值方法，用于以统一的方式研究相变的各种场景。我们发现，细胞动力学方法再现的KJMA理论预测的转化相的体积分数的时间演化。具体而言，细胞动力学模拟再现了双对数线性KJMA图，并证实了从KJMA理论预测的积分Avrami指数$n$。我们的研究清楚地表明，细胞动力学方法不仅是有用的研究斑图形成，但也为模拟相变的最基本的属性。
2005-06-20 cond-mat.mtrl-sci
High-Pressure Torsion Deformation Induced Phase Transformations and Formations: New Material Combinations and Advanced Properties
高压扭转（HPT）变形是在相对较低的同源温度下发生的强烈塑性剪切变形，是严重塑性形变（SPD）的一种变形方式。本文的目的是概述了一种新的加工方法，该方法允许通过HPT变形产生创新的亚稳材料和新型纳米复合材料。起始材料可以是粗晶粒多相合金、不同元素粉末的混合物或多相固体起始材料的任何其它组合。在HPT处理之后，可实现的微观结构类似于通过机械合金化产生的微观结构。然而，HPT工艺的一个优点是，在HPT变形期间直接获得不同类型的亚稳材料和纳米复合材料的本体样品。它将表明，可以选择不同的材料组合和材料与定制的性能，或者换句话说，材料设计用于特定的应用和因此所需的性能，可以合成。这些新材料的应用领域从储氢到耐恶劣辐射环境的材料。
2020-09-08 cond-mat.mtrl-sci
A practical Laser-Heated Diamond Anvil Cell synthesis technique and recovery workflow for metastable MnSb2 and YbZn2 phases
Ames National Laboratory, US DOE, Iowa State University（艾姆斯国家实验室，美国能源部，爱荷华州立大学）；Department of Physics and Astronomy, Iowa State University（爱荷华州立大学物理与天文系）；Institute of Physics, University of São Paulo（圣保罗大学物理研究所）；Center for Advanced Radiation Sources, The University of Chicago（芝加哥大学高级辐射源中心）
本文提出一种集成的LHDAC合成方法，实现了MnSb2和YbZn2高压相在中等压力下的合成，并通过同步辐射X射线衍射和实验室精修验证了目标相的形成。
2026-05-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Transformation Pathways of Silica under High Pressure
并行的分子动力学模拟和从头计算表明，在压力下的二氧化硅致密化遵循一个普遍存在的两阶段机制。首先，阴离子形成一个紧密堆积的子晶格，由它们之间的强大排斥力控制。接下来，阳离子重新分布到空隙中。在方石英二氧化硅中，第一阶段表现为亚稳相的形成，这是十年前在实验中观察到的，但由于模糊的衍射图案而从未被索引。我们的模拟最终揭示了它的结构和它在二氧化硅致密化中的作用。
2006-02-12 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of solute atoms segregation in Al Σ5(210) metastable grain boundaries
本文采用第一性原理计算研究了Mg和Cu在Al Σ5(210)基态与亚稳晶界中的偏聚行为，揭示了溶质偏聚对晶界能、结构相变及理论拉伸强度的影响机制。
2023-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational Properties of the Bi2Se3 Orthorhombic Metastable Phase
该研究结合原位拉曼光谱与密度泛函理论计算，揭示电化学沉积Bi2Se3正交亚稳相的热致晶化、相变及其特征拉曼模式。
2020-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Tensorial stress-plastic strain fields in $α$-$ω$ Zr mixture, transformation kinetics, and friction in diamond anvil cell
金刚石压砧中高压下的各种现象（相变、化学反应和摩擦）都受到应力和塑性应变张量各分量场的强烈影响。然而，它们无法衡量。即使测量的压力分布也包含显著的误差。在这里，我们建议耦合实验分析计算的方法，利用同步辐射X射线衍射，解决反问题，并找到所有这些领域和摩擦规则之前，期间和之后的$α$ - $ω$相变在强塑性预变形锆。由于先进的表征，应变诱导的$α$ - $ω$相变的最小压力从1.36 GPa变为2.7 GPa。理论预测的塑性应变控制动力学方程得到了验证和量化。所获得的结果为发展定量高压/应力科学，包括机械化学，材料合成和摩擦学提供了机会。
2022-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Microdroplet Approach for Measuring Aqueous Solubility and Nucleation Kinetics of a Metastable Polymorph: The case of KDP Phase IV
本文提出一种快速微流控技术，以KDP Phase IV为模型测量亚稳态多晶型的水溶解度，结合成核时间测量与Mersmann计算获得界面能，并利用经典成核理论建模揭示稳定相与亚稳相在不同过饱和度下的竞争规律，为矿物加工与制药工业提供新见解。
2023-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Metastable phases and "metastable" phase diagrams
这项工作讨论了物质的亚稳态的相变的细节。凝聚介质物理学的研究对象主要是物质的平衡态，而亚稳相被视为例外，而化学中研究的绝大多数有机物质都是亚稳的。事实证明，在常压下，许多基于轻元素的简单分子化合物（包括：大多数碳氢化合物;氮氧化物，水合物和碳化物;一氧化碳（CO）;醇类，甘油等）也是亚稳态物质，即它们不符合给定化学成分的吉布斯自由能最小值。在中等温度和压力下，给定亚稳相的相变在整个实验可获得的时间范围内是可逆的，并遵守平衡热力学定律。在足够高的压力（1-10 GPa）下，大多数分子相不可逆地转化为更节能的聚合相，包括稳定和亚稳定的聚合相。这些相变与相变前后的吉布斯自由能相等不一致，即它们不是“经典”意义上的相变。在常压下得到的聚合物相可以在高于初始亚稳分子相的熔融温度下存在。这种聚合物的突出例子是聚乙烯和CO的聚合改性。许多能量中间聚合物相显然可以在常压下通过“经典”化学技术合成。
2006-04-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Experimental and theoretical study of stable and metastable phases in sputtered CuInS${_2}$
黄铜矿型Cu（In，Ga）S ${_2}$由于在叠层太阳能电池中的潜在应用，近年来引起了人们的新的兴趣。在这方面的贡献，一个相结合的理论和实验方法，适用于研究稳定和亚稳相形成的CuInS ${_2}$（CIS）薄膜。从头计算进行，以获得形成能，X射线衍射图，和拉曼光谱的CIS多型体和相关化合物。多个CIS结构与锌的钙钛矿和纤锌矿衍生的晶格被确定和它们的XRD/拉曼光谱图显示包含重叠的功能，这可能会导致错误识别。采用二元靶溅射和高温硫化两步法制备了富铜到贫铜的薄膜。发现当用这种方法生长材料时，形成几种CIS多晶型物。在贫铜材料中，首次在溅射薄膜中观察到纤锌矿CIS以及黄铜矿CIS和CuAu有序CIS。一旦纤锌矿CIS相形成，就难以转化成稳定的黄铜矿多晶型物。CuIn ${_5}$ S ${_8}$和NaInS ${_2}$与CIS多晶型物一起被发现容纳过量的In。有人认为，亚稳态的多晶型物稳定的前体的非化学计量，因此严格的组成控制是必需的。
2022-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Searching for high magnetization density in bulk Fe: the new metastable Fe$_6$ phase
本文报道用第一性原理计算发现的一种新的铁的同素异形体。该相具有$Pmn2_1$对称性、六原子晶胞（因此称为Fe $_6$）和在所有已知的铁晶相中最高的磁化密度（M $_s$）。从结构优化的Fe $_3$ C-Al 2 O3晶体后，碳去除，$Pmn2_1$ Fe $_6$显示从铁磁FCC相的稳定，进一步沿Bain path. Although从0到50 GPa亚稳，新的阶段是更稳定的，在低压下，比其他众所周知的HCP和FCC同素异形体和顺利地转变成FCC相压缩。如果稳定到室温，例如，通过间隙杂质，Fe $_{6}$可以成为高M $_s$无稀土永磁体和高冲击应用如轻质电机转子或高密度记录介质的基础材料。新相也可能是解释Fe $_{16}$ N $_2$的神秘的高M $_s$的关键，这是目前吸引了激烈的研究活动。
2014-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Unconventional phase selection in high-driven systems: A complex metastable structure prevails over simple stable phases
在加热过程中，深过冷液体和失透玻璃中的相选择涉及成核障碍与这些核生长能力之间的复杂相互作用。在玻璃态合金的失透过程中，复杂的亚稳结构往往会析出，而不是简单、稳定的化合物。在这里，我们通过研究Al-10%Sm系统来访问这种非常规类型的相选择，其中复杂的立方结构首先以1.4 nm的大晶格参数沉淀。我们不仅解决了这个“大立方”相含有~140个原子的结构，但建立一个明确的互连之间的结构有序的金属玻璃和立方相，这提供了一个低势垒的成核途径在低温下。晶体的惊人快速生长归因于其对点缺陷的高耐受性，这最小化了形成晶体的短尺度原子重排。我们的研究提出了一种新的反玻璃化情况，其中相变最初在不通过复杂的中间晶相进行分配的情况下进行。
2015-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Solar cell efficiency, diode factor and interface recombination: insights from photoluminescence
University of Luxembourg（卢森堡大学）；Institute for Solar Energy Research Hamelin (ISFH)（哈梅林太阳能研究所）；Leibniz University Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST)（卢森堡科学与技术研究所）
研究通过光致发光分析了太阳能电池中亚稳态缺陷、背侧复合及掺杂水平对二极管因子和效率的影响，发现背侧复合降低电压，而高掺杂水平提高填充因子和电压。
2022-04-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Pattern formation during diffusion limited transformations in solids
我们开发了一个描述的扩散限制生长的固-固转变，这是强烈的弹性效应的影响。密度差异和结构转变在界面处引起应力，这影响相平衡条件。我们制定类似于枝晶生长的界面动力学方程，并研究了在通道几何形状和自由空间中亚稳固体的稳定相的生长。我们进行尖锐的接口计算的基础上格林函数方法和相场模拟，辅以分析调查。对于纯的双折射变换，我们发现一个增长的手指在较高的驱动力与对称性破缺，而剪切变换的孪生结构的出现可能是有利的。我们预测的稳定状态的形状和传播速度，这可以是高于传统的枝晶生长。
2008-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Metastable polar order and phase competition in Carpy-Galy LaTaO4
Dankook University（丹阳大学）
通过第一性原理计算发现Carpy-Galy LaTaO4中存在亚稳极性单斜P21相，作为连接反极性P21/c与极性Cmc21相的公度中间态，并揭示了稳定该相的机制及调控极性-反极性竞争的化学途径。
2026-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Free-running Sn precipitates: an efficient phase separation mechanism for metastable GeSn epilayers
本文报道了用分子束外延技术在Ge（001）衬底上生长的赝晶GeSn薄膜的温度稳定性。生长温度的依赖性和生长后的退火步骤的影响进行了研究。在任一种情况下，我们观察到Sn浓度约为10%的亚稳外延层的分解在高于230°C（Ge/Sn系统的共晶温度）时发生。在扫描电子显微镜中的时间分辨退火实验揭示了液态Sn液滴在该相分离过程中的关键作用。在化学势梯度的驱动下，Sn液滴在表面上沿择优结晶方向移动，从而在其前缘从应变GeSn层中吸收Sn和Ge。虽然Sn吸收增加了熔体的体积，溶解的Ge通过液相外延过程在液滴的后缘处重新沉积。二次液滴发射到完整的区域的GeSn膜的单晶Ge痕迹的边缘，导致雪崩状的转变前的GeSn膜和重新沉积的Ge之间。该过程使得亚稳GeSn层的相分离在相当低的温度下特别有效。
2017-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Stabilization of Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 Epitaxial Films via Monolayer Reconstruction Driven by Interfacial Redox Reaction
本文揭示了通过界面氧化还原反应驱动的单层重构机制，可在单胞厚度的La0.67Sr0.33MnO3缓冲层上稳定外延生长亚稳铁电Hf0.5Zr0.5O2薄膜，为探索金属氧化物功能性亚稳相提供了新思路。
2023-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Design Strength-Ductility Synergy of Metastable High-Entropy Alloys by Tailoring Unstable Fault Energies
具有相变/孪晶诱导塑性的亚稳合金（TRIP/TINN）可以克服结构材料中的强度-塑性折衷。起源于传统合金的发展，本征层错能（ISFE）一直依赖于定制TRIP/TdR在高熵合金（HEA），但有限的定量成功。在这里，我们展示了一种新的策略，设计亚稳态HEAs和验证其有效性，发现七个新的合金与实验观察到的亚稳态TRIP/THEAS。我们提出了不稳定的故障能量作为更有效的设计度量和属性的亚稳面心立方合金的变形机制UMFE（不稳定马氏体故障能量）/UTFE（不稳定孪晶故障能量），而不是ISFE。在所研究的HEAs和钢中，传统的ISFE准则在一半以上的情况下失败，而UMFE/UTFE准则在所有情况下都准确地预测了变形机制。UMFE/UTFE标准为开发具有TRIP/TTRIP的亚稳合金以增强强度-延展性协同作用提供了新的范例。
2021-10-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Competing Hydrogenation Pathways to Metastable CaH$_6$ Revealed by Machine-Learning-Potential Molecular Dynamics
The University of Tokyo（东京大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR), Tohoku University（东北大学先进物质研究高等研究院（WPI-AIMR））；Institute for Materials Research, Tohoku University（东北大学材料研究所）
通过机器学习分子动力学研究揭示了稳定CaH₆形成路径的竞争氢化机制
2026-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Field Dependent Conductivity and Threshold Switching in Amorphous Chalcogenides -- Modeling and Simulations of Ovonic Threshold Switches and Phase Change Memory Devices
我们在亚稳态非晶$Ge_{2}Sb_{2}Te_{5}$模型的电导率使用独立的贡献，从温度和电场模拟相变存储器件和Ovonic阈值开关。柱细胞的3D、2D旋转和2D有限元模拟捕获阈值切换，并显示导通状态下的非线性传导。该模型可以被调整，以捕捉切换场从~5至40 MV/m，在室温下使用温度依赖的电导率测量亚稳态非晶GST;较低和较高的领域是使用不同的温度依赖的电导率可获得的。我们使用2D固定的平面外深度模拟来模拟与$Ge_{2}Sb_{2}Te_{5}$相变存储器单元串联的Ovonic阈值开关以模拟交叉开关存储器元件。仿真再现了开关+存储单元、隔离开关和隔离存储单元的开关前电流和电压特性。
2019-06-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Scenarios of heterogeneous nucleation and growth studied by cell dynamics simulation
由于均匀成核的相变动力学长期以来一直使用经典的Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami（KJMA）理论进行分析。然而，由于非均匀形核而引起的相变动力学尽管在技术上是至关重要的，但尚未得到系统的研究。本文采用唯象的含时Ginzburg-Landau（TDGL）型模型结合胞元动力学方法，从理论上系统地研究了非均匀形核动力学。在这项研究中，我们专注于相变的动力学时，材料被夹在两个支持基板。该模型是用来模拟相变存储介质的。由于均质和非均质成核可以同时发生，我们预测了一些情况下的相变，包括：非均质成核制度，非均质成核制度，和非均质-非均质共存制度。这些预测直接证实了使用TDGL模型的数值模拟。研究结果表明，KJMA公式在非均匀形核条件下的适用范围有限，但仍能反映相变过程中不同阶段的微观相变机制。
2007-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Ge$_{136}$ type-II clathrate as precursor for the synthesis of metastable germanium polymorphs: a computational study
本文用\textit{ab initio}小胞元方法研究了不同温度和压力下笼形II型结构Ge（CF 136）的压缩响应。在较低压力$p$ =2.5 GPa下，亚稳金属bct-5相与在较高压力下形成的$β$ -Sn Ge（tI 4）竞争。在降低温度时，从Ge $_{136}$获得的无定形中间体的存在更加明显，并且有助于形成更致密的结构图案，由此可以形成金属bct-5。其中，各向异性盒波动促进相形成。使用一组拓扑描述符，包括协调序列和环统计数据的metadaptics运行进行了深入分析。在结构景观的历史和无定形中间体的差异是至关重要的选择性形成特定的亚稳多晶型物，对把晶体结构的预测变成实际的材料。
2022-08-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.comp-ph
Free-energy landscape of nucleation with an intermediate metastable phase studied using capillarity approximation
毛细管近似被用来研究当中间亚稳相存在时成核的自由能景观。临界核，对应于鞍点的自由能景观以及整个自由能景观可以使用这种毛细作用近似研究，和各种方案的成核和生长可以阐明。在这项研究中，我们考虑了一个模型，其中一个稳定的固相成核内的亚稳气相时，一个中间的亚稳液相存在。我们预测，复合临界核，包括一个固体核心和液体润湿层，以及纯液体和纯固体临界核可以存在不仅取决于相对于汽相的液相的过饱和度，但也对周围的固体液体的润湿行为。液态临界核的存在表明亚稳蒸气到稳定固体的相变是通过中间亚稳液相发生的，这与蛋白质和胶体体系中观察到的成核现象十分相似。通过研究自由能图上的最小自由能路径，我们可以研究核内固体和液体成分的演化，而不限于临界核。
2011-04-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Nonadiabaticity under compression in metastable carbon monoxide-nitroxide mixtures
针对CO与N₂O混合物压缩下的非绝热性研究不足问题，本文通过从头算绝热/非绝热分子动力学模拟，揭示其从范德华流体到无定形网络固体的转变序列、N₂O解离对CO聚合的影响及非绝热路径主导的高温化学行为。
2025-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Structural phase transformations in metallic grain boundaries
作为低维系统中相变的复杂例子，界面处的结构转变具有深远的基本意义。尽管进行了数十年的广泛研究，但没有令人信服的证据表明元素系统中大角度晶界的结构转变。在这里，我们表明，在原子模型中观察这种相变的关键障碍已经植根于不充分的模拟方法。所提出的新方法允许晶界内原子密度的变化，并揭示了具有不同原子结构的多个晶界相。通过改变温度或向边界区域注入点缺陷，观察到这些相之间的可逆一阶变换。由于多个亚稳相的存在，晶界可以吸收大量的点缺陷，在材料内部产生的过程，如辐射。我们提出了一种新的机制，辐射损伤愈合的金属，这可能会指导进一步改善金属材料的抗辐射性能，通过晶界工程。
2013-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Stress-induced phase transformations in Ti-15Mo alloy at elevated temperature
该研究探讨Ti-15Mo合金在550°C退火及应力作用下的相变行为，发现塑性变形促进β→α转变并细化微观组织，改善力学性能，为优化热机械加工提供依据。
2025-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Isothermal Annealing of Shocked Zirconium: Stability of the Two-phase $α/ω$ Microstructure
在高压条件下，Zr经历从其环境平衡六方密堆积$α$相到六方$ω$相的相变。在恢复到环境条件时，材料显示滞后行为，保留大量的亚稳$ω$相。本研究提出了一种原位同步辐射X射线衍射分析的Zr样品冲击加载到压缩峰值应力为8和10.5 GPa，然后在443，463，483，和503 K的温度下退火。定量跟踪了退火过程中$α$相体积分数的变化，定性跟踪了退火过程中两相位错密度的变化。在加热时，$ω\toα$的逆转变不会完成，而是达到新的亚稳态。在较高温度下，初始转化速率较快。冲击加载到更高的峰值压力的样品经历了更高的初始转化率和更广泛的转化。在这两个阶段的位错含量被观察到是高的冲击样品。退火样品减少了两个相中的位错含量，在$ω$相中的减少较少，导致从$ω\toα$的转变受到$ω$相中位错结构的钉扎效应的限制的假设。电子背散射衍射分析证实，预期的$(0\;0\;0\;1)_α\parallel(1\;0\;\overline{1}\;1)_ω$和$[1\;0\;\overline{1}\;0]_α\parallel[1\;1\;\overline{2}\;\overline{3}]_ω$取向关系保持在退火期间的$α$相的成核和生长期间。\end{abstract}
2015-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Autocatalytic mechanism of pearlite transformation in steel
提出了一个基于从头算参数化的碳钢珠光体团形成模型。该模型考虑了冷却过程中磁有序度的增加，描述了奥氏体分解和马氏体通过亚稳中间结构形成的过程。分析了珠光体团形成的自催化机制及其实现条件。我们表明，珠光体与层状结构的形成时，初始相（奥氏体）和其分解的产物（铁素体和铁素体）之间的热力学平衡不发生的自催化机制。通过使用第一性原理参数化的自由能模型表达式，我们发现形成层状和球状结构的条件，与实验一致。提出了转化图，并通过相场模拟研究了分解动力学中的不同情况。
2016-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Frustrated Metastable Behavior of Magnetic and Transport Properties in Charge Ordered La1-xCaxMnO3+d Manganites
我们研究了重复热循环引起的亚稳态不可逆性对La_（1-x）Ca_xMnO_3（0.48 \leq x \leq 0.55）多晶样品的电输运和磁化强度的影响。随着时间和热循环（T<300 K），对于接近电荷有序（x= 0.50和0.52）的组合物，存在低温相从部分铁磁性和金属到铁磁性较低且电阻较高的相的不可逆转变。无论化合物的实际基态如何，热循环的效果都是朝向绝缘相的量的增加。我们观察到了由于高温热处理引起的亚稳态的磁弛豫和亚稳态的恢复。我们观察到的电阻率和磁化强度的变化，作为复苏的亚稳态是循环。磁化强度的时间变化是对数的一般和活化能是一致的，预期Mn离子之间的电子转移。施加磁场可抑制热循环引起的变化。这些结果表明，氧的非化学计量比的结果在这个两相系统中的机械应变，导致发展的挫折亚稳态放松对更稳定的电荷有序和反铁磁微畴。我们的研究结果还表明，相的生长和共存引起微观结构的轨道和应变调节，产生所观察到的不可逆性。
2010-11-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
An Investigation in the Kinetic Persistence of TiO$_2$ Polymorphs using Machine Learning Driven Pathfinding in Crystal Configuration Space
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文通过机器学习方法研究TiO₂多形在真实合成条件下的动能持久性，探讨了潜在能景观地形与多形体动能持久性之间的关系，提出了新的路径寻找方法。
2026-04-16 cond-mat.mtrl-sci
The Microscopic Diamond Anvil Cell: Stabilization of Superhard, Superconducting Carbon Allotropes at Ambient Pressure
通过第一性原理计算预测了金属共价键合的碳同素异形体。它由$sp^3$碳框架组成，通过限制平行顺式聚乙炔链之间的距离来充当金刚石砧座单元。这些$sp^2$碳原子之间的距离使相金属化，并产生两个嵌套良好的几乎平行的带，跨越费米能级。计算表明，这一阶段是一个传统的超导体，与运动的$sp^2$碳的电子声子耦合的关键贡献者。$sp^3$碳原子赋予优异的机械性能，预计维氏硬度为48 GPa。该相在环境条件下是亚稳态的，可以通过将石墨冷压缩到40 GPa来制备。通过改变$sp^2$与$sp^3$的碳含量和掺杂，可以从该相衍生出具有可调超导和机械性能的多功能材料家族。
2022-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Mechanism of anatase-to-columbite TiO2 phase transformation via sheared phases: first-principles calculations and high-pressure torsion experiments
本研究结合第一性原理计算与高压扭转实验，提出并验证了剪切晶体结构作为中间相的机制，揭示了剪切应变加速锐钛矿至铌铁矿型TiO2相变的原理。
2024-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Predicting kinetics of polymorphic transformations from structure mapping and coordination analysis
为了将合理的材料设计和发现扩展到亚稳态多晶型物的空间，对其寿命进行快速可靠的评估至关重要。受Buerger（1951）早期工作的启发，我们在此研究仅使用晶体学参数预测多晶型转变动力学的途径。作为这项研究的一部分，我们开发了一个通用的算法来映射晶体结构到彼此之间，并构建它们之间的转换途径。所开发的算法可靠地再现已知的转化途径，并揭示了关键的作用，沿着该途径的化学键的解离在选择最佳（低能量障碍）映射。通过利用我们的结构映射算法，我们能够定量地证明直观的期望，即沿着路径的化学键的最小解离，或者在离子系统中，沿着路径的原子的配位条件不降低到低于最终化合物中的配位，代表了快速转化动力学的要求。我们还证明了结构映射算法的有效性，结合协调分析，在研究一个详细的原子级图片是目前难以捉摸的多晶型之间的转换。
2017-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Metastable CoCu$_2$O$_3$ for molecular sensing and catalysis
本研究利用可规模化的燃烧–气溶胶非平衡过程制备室温亚稳态 CoCu$_2$O$_3$，实现 4–16 nm 可控晶相，并验证其痕量苯传感与催化性能及向多元氧化物拓展的潜力。
2024-06-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Test of the Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami picture of metastable decay in a model with microscopic dynamics
Sekimoto将一阶相变系统序参量随时间演化的Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami（KJMA）理论推广到两点关联函数的水平。在这里，这个扩展的KJMA理论被应用到一个动力伊辛晶格气体模型，其中的基本动力学过程作用于微观长度和时间尺度。理论框架是用来分析数据从广泛的蒙特卡罗模拟。该理论本质上是一个介观连续图像，原则上它需要一个大的分离之间的微观尺度和介观尺度的演变两相结构的特点。然而，我们发现在一个大参数制度的模拟非常好的定量协议，延伸到强场（大的过饱和）和相应的小成核障碍显着。原始的KJMA理论允许直接测量亚稳相的序参量，并且使用对关联函数的扩展，也可以分别测量亚稳相和稳定相区域之间的卷积界面的成核速率和平均速度。所有这三个量的值得到了其他理论和计算方法的验证。由于这些量在相变过程中通常难以直接测量，因此使用扩展的KJMA理论进行数据分析可以提供有用的实验替代方案。
1998-11-25 chao-dyn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Decay of Metastable Nonequilibrium Phases, Enhanced Reaction Rate, and Dynamic Phase Transition in a Model of CO Oxidation with CO Desorption
我们提出了一个计算研究的动力学行为的Ziff-Gulari-Barshad模型的CO氧化与CO脱附的催化表面。我们的研究结果提供了进一步的证据，低于临界解吸速率的模型表现出非平衡，一阶相变之间的低和高CO覆盖相。我们的动力学蒙特卡罗模拟表明，这些阶段之间的过渡过程遵循一个衰减机制非常相似的经典Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami理论的相变成核和生长。我们测量了转变线两侧亚稳相的寿命，发现它们强烈依赖于转变的方向，即，从低覆盖到高覆盖，反之亦然。受这种不对称性的启发，我们引入了一个方波周期性的外部强迫，其两个参数可以调整，以提高催化活性。当CO脱附速率低于临界值时，该远离平衡态的体系经历了产CO_2相和非产CO_2相之间的动态相变。在周期性外力作用的参数空间中，这种非平衡相变定义了一条临界点线。CO_2产率的最大提高率出现在该临界线附近。
2005-06-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Structure of Metastable States in Phase Transitions with High-Spin Low-Spin Degree of Freedom
低自旋（LS）态和高自旋（HS）态简并度的差异对自旋交叉原子组成的材料中的自旋交叉相变和电荷转移相变产生了有趣的熵效应。利用Wajnflasz模型研究了自旋交叉（SC）相变的机制，其中考虑了自旋态（HS或LS）的简并性，很好地描述了自旋交叉相变的协同性质.最近，由于LS和HS位之间的电子跳跃的电荷转移（CT）相变已被使用广义Wajnflasz模型进行了研究。在SC和CT两个系统中，系统都具有高温结构（HT）和低温结构（LT），根据系统参数的不同，它们之间的变化可以是平滑的过渡，也可以是不连续的一级相变。虽然显然标准SC系统和CT系统是非常不同的，它表明，这两个模型是等价的，在一定的变量变换。在这两个体系中，低温下的亚稳态结构是一个令人感兴趣的问题。在统一模型中系统地研究了HT分数的温度依赖性，发现了模型的平衡态和亚稳态的几种结构随系统参数的变化。特别地，我们发现了HT在低温区的重入型亚稳分支，这将对研究相关材料的光辐照过程起到重要作用。
2005-07-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Not even metastable: Cubic double-diamond in diblock copolymer melts
本文通过强分离和自洽场方法，发现二嵌段共聚物熔体中立方双金刚石为不稳定鞍点，并证明均聚物共混和弹性不对称可使其转变为亚稳态。
2025-07-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
