A kinematic study of energy barriers to crack formation in graphene tilt boundaries
本文通过分子动力学拉伸研究石墨烯倾斜晶界的裂纹形成过程，揭示显著应变速率敏感性，并基于Arrhenius关系计算活化能，发现其与关键键前应力线性相关，从而为多晶石墨烯宽范围强度提供解释。
2014-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Triggering the Continuous Growth of Graphene toward Millimeter Size Grain
在这篇报告中，我们展示了一种简单而有效的策略，通过调节化学气相沉积过程中反应物的供应来合成毫米级石墨烯单晶颗粒。聚苯乙烯用作碳源。通过对碳源进行脉冲加热来降低石墨烯在铜箔上的成核密度，同时通过逐渐提高碳源温度和氢气流量来驱动石墨烯颗粒的连续生长。结果表明，石墨烯的成核密度可控制在100个/cm ~ 2左右，单晶尺寸可达1.2 mm左右，拉曼光谱、透射电镜和电输运测试表明，石墨烯的质量较高。这里提出的策略提供了非常好的可控性，并使大型石墨烯单晶成为可能，这对实际应用至关重要。
2012-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Heat transport across graphene/hexagonal-BN tilted grain boundaries from phase-field crystal model and molecular dynamics simulations
本文采用结合原子论的方法研究了单层石墨烯和六方氮化硼（h-BN）片之间晶界的界面热导。首先，使用最近开发的相场晶体（PFC）模型[P. Hirvonen \textit{et al.}，Phys. Rev. B \textbf{100}，165412（2019）]生成含有具有不同倾斜角的石墨烯/h-BN GB的现实样品，该模型捕获分子动力学（MD）模拟无法获得的缓慢扩散弛豫。然后，大规模的MD模拟，使用高效的GPUMD包进行评估跨GB的热传输和整流性能。我们发现，石墨烯和h-BN片之间的晶格失配起着不太重要的作用，在确定的界面热导相比，倾斜角。此外，我们没有发现显着的热整流效应，这些GB。
2021-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Structural and electronic properties of grain boundaries in graphite: Planes of periodically distributed point defects
本文报道了高取向热解石墨晶界的扫描隧道显微镜和能谱。晶界表现出周期性的结构和增强的电荷密度相比，裸露的石墨表面。沿晶界观察到两种可能的周期性结构。本文提出了一个在石墨基面上产生周期性分布点缺陷的几何模型来解释晶界结构。晶界上的扫描隧道谱显示在-0.3V和0.4V处有两个强的局域态。
2008-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Magnesium-graphene interphase boundaries created by high-pressure torsion enhance hydrogen storage kinetics:Mechanisms and significance of activation energy and frequency factor
WPI, International Institute for Carbon-Neutral Energy Research (WPI-I2CNER), Kyushu University（九州大学碳中和能源研究国际研究所（WPI-I2CNER））；Department of Automotive Science, Kyushu University（九州大学汽车科学系）；Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM), Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)（坎皮纳斯州立大学机械工程学院）；Université de Lorraine, Laboratoire d’Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux (LEM3 UMR 7239)（洛林大学微观结构与材料力学实验室（LEM3））；Université de Lorraine, Laboratory of Excellence on Design of Alloy Metals for low-mass Structures (DAMAS)（洛林大学低质量结构合金设计卓越实验室（DAMAS））
通过高压扭转制备镁-石墨烯界面边界，提升镁氢化物反应动力学，揭示界面工程对氢存储材料性能的影响。
2026-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundaries in ultrafine grained materials processed by severe plastic deformation and related phenomena
在剧烈塑性形变（SPD）的超细晶（UFG）材料中，晶界通常被称为“非平衡”晶界。这种边界的特征在于过量的晶界能，存在长程弹性应力和增强的自由体积。这些特征和相关现象（扩散、偏析等）一直是深入研究的对象，所获得的结果提供了令人信服的证据的重要性，一个非平衡态的大角度晶界的UFG材料与不寻常的性能。本文的目的是首先对这一研究领域进行简要概述，然后考虑复杂而不明确的问题，并概述即将到来的研究方法。一个特别强调的是在SPD处理的超细晶粒材料的晶界的特定结构，晶界偏析，界面混合连接到异相边界和晶界扩散。这些独特的功能和超细晶合金的机械性能或热稳定性之间的联系进行了讨论。
2012-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Barrier effect of grain boundaries on the avalanche propagation of polycrystalline plasticity
为了研究原子尺度下晶界对类雪崩塑性传播的阻挡效应，我们采用简化的多晶模型（包括倾斜晶界）进行了三维分子动力学模拟.随晶粒尺寸的减小，应力降分布服从幂律分布的截止值减小。我们发现，一些变形雪崩的晶界所限制的，另一方面，不可压缩的雪崩穿透所有的晶界包括在模型中。通过使用元素概率模型评估了一个晶界阻碍这种系统跨越雪崩的阻塞概率。
2017-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Control and Characterization of Individual Grains and Grain Boundaries in Graphene Grown by Chemical Vapor Deposition
对石墨烯的强烈兴趣已经推动了高质量石墨烯和石墨烯器件的可规模化生产。由于迄今为止合成的大规模石墨烯膜通常是多晶的，因此表征和控制通常被认为会降低石墨烯质量的晶界是重要的。在这里，我们研究了单晶石墨烯颗粒的环境CVD多晶铜合成，并显示如何合并晶粒之间的个别边界影响石墨烯的电子特性。石墨烯晶粒与Cu基体没有明确的外延关系，可以穿过Cu晶界。这些晶粒的边缘被发现主要是平行于锯齿形方向。我们发现，晶界给出了一个显着的拉曼“D”峰，阻碍电输运，并诱导突出的弱本地化指示的谷间散射在石墨烯。最后，我们展示了一种使用预图案化的生长种子来控制石墨烯成核的方法，开辟了一条无晶界的单晶石墨烯器件的可扩展制造路线。
2011-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Friction force microscopy: a simple technique for identifying graphene on rough substrates and mapping the orientation of graphene grains on copper
在单原子厚度下，使用常规技术将石墨烯与其基底区分开是具有挑战性的。在本文中，我们表明，摩擦力显微镜（FFM）是一种简单而快速的技术，用于识别石墨烯的范围内的样品，从生长基板粗糙的绝缘体。我们表明，FFM是特别有效的表征生长在铜上的石墨烯，它可以关联的石墨烯生长的三维表面形貌和映射的石墨烯的晶体取向非破坏性，可重复性和高分辨率。我们预计FFM对于研究其他金属/局部结晶衬底（包括SiC）上的石墨烯生长以及研究其他二维材料（如二硫化钼和六方氮化硼）的生长同样有效。
2013-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Stabilization and self-passivation of symmetrical grain boundaries by mirror symmetry breaking
虽然研究材料中点缺陷的计算方法受到了极大的关注，但研究晶界的方法需要进一步发展。在这项研究中，我们应用遗传算法来寻找原子结构的晶界在半导体材料与给定的米勒指数和研究其电子结构。我们对CdTe中112晶界的研究表明，通过局部或全局地破坏镜像对称性，可以大大增强晶界的稳定性。所得到的晶界可以是电危害较小的，因为从带隙的中间去除了缺陷能级的起源，并且晶界可以用作电子提取的通道。
2018-12-18 cond-mat.mtrl-sci
What Is Armchair-Zigzag Grain Boundary Structure in Graphene?
基于差分进化算法，提出了一种新的界面结构全局优化方法。在这里，我们应用这种方法来搜索扶手椅和锯齿形取向的石墨烯之间的晶界的基态原子结构。我们发现了两个新的晶界结构，形成能比以前广泛使用的结构模型低得多，约为1 eV/nm。这些新预测的结构表现出更好的机械性能下的外部单轴应变，和可区分的扫描隧道显微镜功能，与以前的结构模型相比。我们的研究结果提供了重要的新信息，为确定晶界结构和今后的电子性质的缺陷石墨烯。
2013-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Formation of grains and dislocation structure of geometrically necessary boundaries
本文提出了一个连续位错模型，它描述了晶界具有非零厚度的晶粒的形成。对于在简单剪切中变形的单晶，具有包含位错的薄层作为几何上必要的边界的晶粒的层状结构在能量上是优选的。这种类型的晶界的厚度和能量计算作为函数的取向差角。
2015-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Diffraction and near-zero transmission of flexural phonons at graphene grain boundaries
已知石墨烯晶界会影响声子输运和热导率，这表明它们可以用于设计石墨烯的声子性质。本文采用分子动力学研究了两个屈曲晶界对长波长弯曲声学声子的影响。由于其对热传输的重要性，选择了弯曲声学模式。据发现，通过边界的传输被强烈抑制的入射角接近35 $^\circ$。此外，晶界被发现作为衍射光栅的声子。
2015-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large-Scale Experimental and Theoretical Study of Graphene Grain Boundary Structures
我们使用$>$ 1000实验HRTEM图像，使用半自动结构处理程序，表征了176种不同单层石墨烯晶界的结构。我们介绍了一种新的算法来生成一类六边形二维材料的晶界结构，并使用该算法和分子动力学模拟的$>$ 79000石墨烯晶界覆盖4122个独特的取向分布在整个参数空间的结构。从所有的实验和模拟边界的位错含量和结构特性，并探讨各种趋势。我们发现很好的模拟和实验观察到的晶界之间的协议。我们的分析表明，在原子科学中，相对于少量的观测，统计上显着数量的测量的力量。所有的实验和模拟边界结构都可以在线获得。
2015-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Grain Boundary Loops in Graphene
拓扑缺陷可以以意想不到的方式影响石墨烯的物理性质。利用它们的影响可以导致对材料强度和电性能的增强控制。在这里，我们提出了一类新的拓扑缺陷的石墨烯组成的一个旋转序列的位错，关闭自己，形成晶界环，要么保存在六方晶格中的原子数量或容纳空位/间隙重建，同时没有留下不满意的债券。在扫描隧道显微镜（STM）研究SiC（0001）上生长的外延石墨烯时，观察到一个晶界环作为“花”图案。我们发现，花缺陷具有最低的能量每位错核心的任何已知的拓扑缺陷在石墨烯，通过移动位错的聚结提供了一个自然的解释其增长。
2011-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Metallic nanolines ruled by grain boundaries in graphene: an ab initio study
我们已经进行了从头算研究的能量稳定性，和电子性质的过渡金属（TM = Mn，Fe，Co和Ru）吸附在石墨烯上的存在下的晶界（GB）。我们的研究结果揭示了一个充满活力的偏好TM躺在沿GB网站（TM/GB）。这种能量偏好已经通过增加TM吸附原子的浓度而得到加强;产生由GB统治的石墨烯上的TM纳米线。Fe吸附原子的进一步扩散势垒计算支持这些TM纳米线的形成。我们发现，平行于GBs的能量势垒略低于无缺陷石墨烯的能量势垒，而垂直于GBs的Fe吸附原子面临更高的能量势垒。Fe和Co（Mn）纳米线是铁磁性的（亚铁磁性的），相比之下，Ru纳米线的磁性状态对Ru/GB吸附几何结构敏感。这些TM纳米线的电子性质，其特征在于通过广泛的电子能带结构计算。金属纳米线的形成是由TM和石墨烯（$π$）轨道之间沿GB位点的强杂化介导的。由于TM纳米线的净磁化，我们的能带结构结果表明，一些TM/GB系统的各向异性（自旋极化）的电子电流。
2015-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Criteria for slip transfer across grain and twin boundaries in pure Ni
用滑移迹分析法研究了多晶镍晶界和退火孪晶界的滑移传递。在$>$ 200边界中评估滑移转移或阻塞，并与确定跨边界活动滑移系统之间对齐的几何标准相关。结果表明，滑移转移主要发生在小角度规则晶界处，Luster-Morris参数$>$ 0.8是评价滑移转移的最佳判据。在共格或非共格孪晶界的情况下，当剩余Burgers矢量接近零时，通过位错交滑移发生滑移转移。
2021-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Can Symmetric Tilt Grain Boundaries Represent Polycrystals?
该研究针对用高对称重合位置点阵晶界代表多晶晶界的模拟常规做法，通过定量比较晶界原子位点与性能谱，以溶质偏析为例证明Σ<10的高对称倾斜晶界无法准确反映多晶晶界环境，会带来认知偏差。
2023-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation interactions mediated by grain boundaries
变形晶体中位错集合的动力学表明了集体现象、间歇波动和应变雪崩的出现。在多晶材料中，对塑性形变机制的理解取决于对晶界在位错运动中的作用的把握。在这里的位错和弹性，低角度晶界的相互作用进行了研究的离散位错表示的框架。我们允许晶界变形的位错应力场的影响下，并比较这样的扰动刚性晶粒bouches的情况下的效果。我们能够确定，无论是分析和数值，修正位错应力场作用于相邻的晶粒，介导的晶界变形。最后，我们讨论的雪崩统计的结论和后果，在多晶样品中观察到的。
2008-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Phase field model of premelting of grain boundaries
我们提出了一个凝固的相场模型，其中包括在固相中的结晶取向的影响。该模型在一个统一的框架内描述了晶界以及固液边界。通过适当选择相场变量与自由能中的晶体取向变量的梯度的耦合，我们发现高角度边界发生预熔化转变。当从下面接近熔化温度时，低角度晶界保持狭窄。大角度晶界处的液相层宽度呈几何发散。此外，对于模型耦合的某些选择，作为温度的函数，流体层的宽度可能存在不连续的跳跃。
2001-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Motion of grain boundaries incorporating dislocation structure
本文基于晶界位错的运动，提出了一个二维小角度晶界动力学的连续介质模型。连续体模型由用于晶界运动的方程（即，组分位错在晶界法线方向上的运动）和晶界上位错结构演化的方程。该模型是从离散位错动力学模型推导出来的。连续介质模型考虑了位错间的长程弹性相互作用，保证了晶界位错结构与Frank公式的一致性。这些晶界及其位错结构的演化能够描述晶界的法向运动和切向平移以及由于耦合和滑动引起的晶粒旋转。由于连续介质模型是基于位错结构，因此它自然地解释了在晶界的运动和旋转过程中，通过组分位错的运动和反应而引起的晶界形状变化。利用推导出的连续晶界动力学模型，对圆形和非圆形二维晶界的动力学行为进行了模拟，并通过离散位错动力学模拟验证了模拟结果。
2018-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Tilt grain boundaries of hexagonal structures: a spectral viewpoint
我们提出了一个光谱的观点，晶界一般是准周期的。为了准确地捕获光谱的计算，这是至关重要的，采用准周期函数的投影方法。在Lifshitz-Petrich自由能的指导下，我们采用光谱的观点来研究六方相的倾斜晶界。提取了晶界的几个成分，这是不容易获得的真实空间轮廓。我们发现，只有少数光谱实质上有助于晶界的形成。它们与体相六方相的本征光谱的线性关系与倾斜角无关。通过考察光谱强度的特征，我们提出了界面宽度的定义。根据该定义计算的宽度与视觉估计一致。
2021-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Raman Scattering at Pure Graphene Zigzag Edges
理论预测了石墨烯器件的丰富和非常独特的物理学，其边界遵循扶手椅或锯齿形晶体方向。在实验中揭示这一物理现象的先决条件是能够制造出具有纯手征边界的器件。剥落的薄片经常表现出30°的奇数倍的角，这引起了人们的期望，即它们的边界遵循纯粹的Z字形和扶手椅方向。然而，在这种晶体边缘的预测拉曼行为未能确认纯边缘手性。在这里，我们对使用SiO2的碳热分解对预图案化坑进行各向异性蚀刻后获得的六边形孔进行共焦拉曼光谱。六边形孔的边界沿着Z字形晶体学方向对齐，并且在拉曼图中几乎没有留下任何签名，表明边缘手性的空前纯度。这项工作提供了第一个机会，实验证实石墨烯边缘的拉曼理论的有效性。
2010-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Melting at dislocations and grain boundaries: A Phase Field Crystal study
用相场晶体方法研究了位错和晶界熔化的三维问题。孤立的位错被发现熔化从他们的核心径向向外，作为本地化的过剩弹性能量驱动器的熔体半径的幂律发散。低至中等角度晶界内的位错熔化类似，直到当相邻熔化区域合并时发生角度相关的一阶润湿转变。高角度的边界内的屏蔽近似处理，并讨论了有关的合奏，亚稳性和晶粒尺寸的问题。
2008-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Continuum Model and Numerical Method for Dislocation Structure and Energy of Grain Boundaries
我们提出了一个连续模型来确定三维小角度晶界的位错结构和能量。平衡位错结构是通过最小化晶界能量得到的，该晶界能量与受弗兰克公式约束的组分位错相关联。位错密度势函数可以方便地描述位错线在晶界上的连续分布，位错线在晶界上的轮廓线代表位错。晶界的能量是由离散位错动力学模型导出的组分位错的总能量，包括位错线能量和位错的反应。用增广拉格朗日方法和投影方法求解了约束能量最小化问题。与原子模拟结果的比较表明，我们的连续体模型是能够给平面和弯曲的小角度晶界的能量和位错密度的出色的预测。
2021-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Chemomechanical Origin of Hydrogen Trapping at Grain Boundaries in FCC Metals
金属的氢脆现象被广泛观察到，但其原子起源仍然知之甚少，争论颇多。通过多面体镶嵌和第一性原理计算，结合一个独特的识别间隙网站，我们研究了氢吸附在晶界上的各种面心立方金属镍，铜，γ-铁和钯。我们发现了间隙氢在晶界吸附能的变化的化学力学起源。建立了一个通用的化学力学公式，以提供准确的评估氢捕获和偏析的能量在晶界，它也提供了直接的解释某些实验观察。目前的研究加深了我们的晶界在氢脆中的作用机理的理解，并承诺一个可行的路径预测微观结构工程对氢脆的结构金属。
2015-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Excess Volume at Grain Boundaries in hcp Metals
与晶界相关的过量体积代表了表征晶界的关键结构参数。它在杂质和合金元素向晶界的偏聚中起着关键作用，并显著影响材料的力学和功能性能。采用第一性原理密度泛函方法，对六方密排（hcp）Ti和Zr的（10-12）共格孪晶界和Zn，Cd和Zr的基底-棱柱晶界的原子结构进行了计算.我们发现计算的过剩体积在Ti和Zr的（10-12）共格孪晶界处有一个消失的幅度，而在Zn，Cd和Zr的基底-棱柱边界处是显著的。
2016-11-08 cond-mat.mtrl-sci
From wetting to melting along grain boundaries using phase field and sharp interface methods
研究了具有障碍势的多序参量相场模型描述平衡状态下晶界预熔的能力。在协议与充满活力的图片，我们发现，干和湿晶界之间的过渡在散装熔点的阈值$2σ_{sl}=σ_{gb}$，与$σ_{sl}$是固-熔体界面能和$σ_{gb}$的能量的干晶界。预熔化的预测证实了使用相场包OpenPhase的模拟。为了预测纯材料中沿晶界熔化的动力学，考虑到引起晶界预熔化的短程相互作用，发展了一种锐界面理论。它证实，对于过热的晶界的熔化速度降低（增加）的非润湿（润湿）晶界。数值稳态的预测是在一个完全解析解的参数空间的一个子集。相场模拟证实了尖锐界面理论的预测。
2014-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Spall strength of symmetric tilt grain boundaries in 6H silicon carbide
Purdue University（普渡大学）
本研究针对晶界特征对层裂强度影响不明的问题，通过大规模分子动力学模拟6H-SiC双晶的对称倾斜晶界，发现其层裂强度等受过剩自由体积等微观结构影响，小角度晶界层裂强度更高，并提取了可用于连续介质模拟的内聚模型。
2025-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Deformation of grain boundaries in polar ice
冰的微观结构（晶界）是研究冰演化和过去气候变化的关键特征。我们研究了南极洲康科迪亚圆顶的一个深冰芯，它记录了过去的机械变形。我们测量了一个“纹理张量”，其特征在于图案的几何形状，并揭示了沿核心变形的局部不均匀性。这些结果质疑了目前用于测年的模型的关键假设。
2004-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Tuning Structures and Electronic Spectra of Graphene Layers by Tilt Grain Boundaries
尽管人们已经对石墨表面和石墨烯的倾斜晶界的结构和性质进行了广泛的研究，但它们对石墨烯层的结构和电子光谱的影响还没有完全解决。本文利用扫描隧道显微镜和光谱学研究了一维倾斜晶界对石墨烯多层膜结构和电子光谱的影响。石墨烯多层中顶部石墨烯片的倾斜晶界导致连续层之间的扭曲，并在边界的一侧产生超结构（莫尔图案）。我们的研究结果表明，扭曲的Bernal石墨烯双层和石墨烯三层显着改变的电子光谱。我们还研究了在两个相邻的倾斜晶界之间产生的量子限制扭曲石墨烯双层，发现即使在一个方向上超结构的数量减少到两个时，这种系统的能带结构仍然有效。这意味着该系统的电子结构是由单个莫尔斑的物理驱动的。
2014-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Universal preference for low energy core-shifted grain boundaries at the surfaces of fcc metals
具有[111]倾斜轴的晶界在多晶面心立方金属中很常见。对于铜（111）膜，靠近表面的出现的晶界具有偏离[111]的倾斜轴，其能量低于相应的截断体边界。几何分析和原子计算被用来研究在代表性的面心立方元素金属中这种相同弛豫现象的驱动力。我们表明，减少边界能量尺度与消除大力昂贵的边界核心方面。我们发现，对于一个广泛的取向差角低能量的核心移动边界也有利于在Al，Ni，Au和Pt和讨论的电迁移和其他金属性能的意义。
2023-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Universality of grain boundary phases in fcc metals: Case study on high-angle [111] symmetric tilt grain boundaries
晶界通常表现出有序的原子结构。透射电子显微镜和原子计算机模拟已经提供了越来越多的证据表明，不同的稳定和亚稳晶界结构可以发生。同时，将它们作为晶界相进行热力学处理的理论也得到了发展。尽管原子结构在特定材料的特定晶界处被识别，但是这些结构和它们的热力学过剩性质是否是材料特异性的或可推广到例如，所有FCC金属。为了阐明这个问题，我们使用原子模拟与经典的原子间势，以调查一系列的高角度[111]对称倾斜晶界在Ni，Cu，Pd，Ag，Au，Al和Pb。我们确实可以发现两个家庭的晶界相在所有的研究晶界，其中涵盖了大多数的标准fcc材料。在可能的情况下，我们将原子结构与原子分辨率电子显微镜图像进行了比较，发现结构匹配。这就提出了一个问题，如果晶界相仅仅是球填充几何形状的结果，或者如果材料特定的键合物理发挥作用。我们使用简单的模型对势进行了测试，发现需要中等范围的相互作用来再现原子结构，而更现实的材料模型主要影响晶界（自由）能。除了结构研究，我们还报告了晶界的热力学过剩性质，探讨它们如何影响晶界相的热力学稳定性，并详细介绍了材料之间的共性和差异。
2023-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Topological Defects in Graphene: Dislocations and Grain Boundaries
尽管有大量的实验观察，但石墨烯中的拓扑缺陷，位错和晶界仍然没有得到很好的理解。我们介绍了一种通用的方法，用于构建任意伯格斯矢量以及晶界，覆盖整个范围内的可能的取向差角的石墨烯位错。通过使用从头计算，我们调查这些拓扑缺陷的热力学和电子性质，发现积极有利的对称大角度晶界，强烈的倾向，在小角度制度的面外变形，和显着的影响，对电子结构。目前的研究结果表明，位错和晶界是石墨烯中重要的本征缺陷，可以用于工程石墨烯基纳米材料和功能器件。
2010-05-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Understanding the anomalous thermal behavior of sigma 3 grain boundaries in a variety of FCC metals
我们提出了一个案例研究的复杂的温度依赖性的晶界迁移率。在分子动力学合成驱动力模拟中，发现不同FCC金属中的相同的一般非相干孪晶界显示出反热、热和混合迁移率。最近开发的能量度量被称为广义界面断层能量（GIFE）表面被用来表明，在一个反热的方式移动的孪晶界有一个较低的能量障碍的运动比孪晶界移动热激活的方式。用GIFE曲线预测晶界运动的温度依赖性，将促进晶界科学的研究。
2018-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Mapping electronic states of dual-parallel and symmetric zigzag grain boundaries of graphene on highly oriented pyrolytic graphite
石墨烯表面的晶界（GBs）被广泛研究，因为具有特定缺陷配置的GBs导致形成新的弯曲结构，其可以被视为新的碳同素异形体。利用扫描隧道显微镜和光谱仪（STM/S）研究了高取向热解石墨（HOPG）表面石墨烯中两种周期性晶界的结构和电子光谱。我们的研究结果表明，由五边形-七边形（5-7）碳环的双平行周期性位错核心组成的GB在石墨烯表面的狄拉克点以上0.45 eV处产生增强的局域态，这归因于范霍夫奇点（VHS）。此外，局域态的能量位置在0.40和0.47 eV之间变化，取决于网站，并最终衰减到0.36 eV。两个平行的晶界引起的能量位置的变化，因为较高的电子密度在GB作为一个缺陷中心和较低的电子远离GB。另一个周期性的GB与对称的锯齿形结构特征诱导VHS在-0.038和0.12 eV附近的费米能级。此外，谷间散射观察到这两个GB。这意味着载流子浓度以及周期性GB周围的电导可以通过局域态密度显著增强。这一发现表明，具有适当嵌入的有序GB的石墨烯有希望用于改善基于石墨烯的电子器件的性能。
2017-09-28 cond-mat.mtrl-sci
What can the activation energy tell about the energetics at grain boundaries in polycrystalline organic films?
该研究结合实验与动力学蒙特卡洛模拟发现，活化能随晶界数量增加而升高，但无法反映晶界处的微观能量景观，仅能作为薄膜的一般质量指标。
2023-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Modeling Grain Boundaries using a Phase Field Technique
提出了一个描述晶粒碰撞粗化过程的二维框架不变相场模型。本文给出了双晶体中稳定晶界的一维解析解，并计算了平衡能。我们能够计算两个固定取向的晶粒之间的自由晶粒的旋转速率。对于一个特定的选择模型中的功能依赖性的晶界能量采取相同的解析形式的微观（位错）模型的阅读和肖克利。
1998-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Strong impact of grain boundaries on the thermoelectric properties of non-equilibrium synthesized p-type Ce1.05Fe4Sb12.04 filled skutterudites with nanostructure
通过在压力下将非晶薄带快速转变为晶化颗粒，合成了p型Ce_（1.05）Fe_（12.04）填充方钴矿，并对其热电性能进行了研究。据发现，这一过程大大抑制晶粒生长和第二相的形成/偏析，并因此在样品中的纳米尺寸的晶粒与强耦合晶界组成的结果，通过透射电子显微镜观察。在这些样品中的室温载流子迁移率是显着更高的（近两倍）比那些在相同的起始组合物的样品，通过常规的固态反应。纳米结构降低了晶格热导率，而更清洁的晶界允许更高的电子传导。
2010-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Role of defects in the thermodynamic stability of grain boundary phases at asymmetric tilt boundaries in copper
Max Planck Institute for Sustainable Materials（马克斯·普朗克可持续材料研究所）；Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation (ICAMS)（先进材料模拟跨学科中心）；Ruhr-Universität Bochum（波鸿鲁尔大学）；Research Center Future Energy Materials and Systems（未来能源材料与系统研究中心）；Faculty of Physics and Astronomy（物理与天文学学院）
研究通过分子动力学模拟和实验揭示了非对称倾斜边界中位错对铜晶界相热力学稳定性的影响，发现缺陷能显著影响晶界相稳定性。
2026-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Kinetic and Equilibrium Shapes of Cylindrical Grain Boundaries
本研究通过分子动力学模拟和基于位错的连续模型，揭示了Ni中圆柱形晶粒在驱动力下的形状演化与旋转机制，证明晶界迁移和晶粒旋转由位错流介导。
2024-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Controlling grain boundaries by magnetic fields
利用外部磁场影响多晶材料的微观结构的能力在微观结构工程中具有潜在的应用。为了探索这种潜力，并了解电磁场和固态物质传输之间的复杂相互作用，我们考虑相场晶体（PFC）模型。连同有效的和可扩展的数值算法，这允许检查的作用，外部磁场发挥的缺陷结构和晶界的演变，扩散的时间尺度。平面和圆形晶界的例子解释了基本的原子过程和大规模的模拟在2D中被用来获得统计数据的影响下的外部领域的晶粒生长。
2018-11-19 cond-mat.mtrl-sci
On the effect of slip transfer at grain boundaries on the strength of FCC polycrystals
通过计算均匀化微结构的代表性体积元，分析了滑移传递对各种FCC多晶体流动强度的影响。晶体行为由基于物理的晶体塑性模型在有限应变的框架中控制，其中允许在根据几何标准适当取向的滑移系统之间在晶界处的滑移转移。相反，如果不满足滑移转移的条件，则滑移转移被阻断，导致位错堆积的形成。每种材料的所有模型参数都是从位错动力学模拟或文献中的实验数据中确定的。滑移转移导致的多晶体的流动应力的减少（与不透明的晶界的模拟相比），这是依赖于在微观结构中的半透明和透明的晶界的分数。此外，位错密度和Von Mises应力高得多的不透明晶界，这成为合适的地方损伤形核。最后，在Al，Ni，Cu和Ag多晶体中的Hall-Petch效应，包括滑移转移的预测与文献结果更好地吻合，与假设所有晶界是不透明的预测相比，特别是对于小晶粒尺寸（$<$ 20 $μ$ m）。
2021-09-22 cond-mat.mtrl-sci
The structure and motion of incoherent Σ3 grain boundaries in FCC metals
利用合成驱动力分子动力学模拟研究了三种非相干孪晶晶界：<112>、<110>和<111>倾斜晶界的晶界迁移率。这些边界的小面上的低能量的飞机，和步骤流边界运动发生滑动的三重态的部分位错，包括移动的小面。系统的趋势与倾角的识别和表征。观察热激活，反热，和非热运动的肖克利部分位错沿密排和非密排方向的取向解释。热激活边界遵循与小平面粗糙化过渡相关联的补偿效应。对于所有小面边界，必须小心选择系统尺寸和驱动力，以防止模拟伪影。
2017-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Formation energy profiles of oxygen vacancies at grain boundaries in perovskite-type electroceramics
氧空位形成能在技术相关的多晶钙钛矿相的电场辅助的异常晶粒生长中起主要作用。原子尺度上的潜在效应被假定为是由于在结构上不同的区域中的不同缺陷形成能，伴随着空间电荷区的形成，在晶粒边界和晶粒的大体积内部区域之间的阳离子和阴离子点缺陷的重新分配。使用基于经典原子间势的原子计算，我们推导并讨论了对称倾斜晶界$Σ$ 5（210）[001]和$Σ$ 5（310）[001]以及非对称倾斜晶界（430）[001]的优化结构。||（100）[001]在电陶瓷钙钛矿材料SrTiO $_3$、BaTiO $_3$和BaZrO $_3$中。我们提出的档案的氧空位形成能在这些GB，并讨论其依赖于成分和晶界类型。
2023-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Energy of low angle grain boundaries based on continuum dislocation structure
在本文中，我们提出了一个连续体模型来计算任何给定的自由度（任意旋转轴，旋转角和边界平面取向）的连续位错结构的基础上的低角度晶界的能量。在我们的连续介质模型中，我们尽量减少晶界能量与位错结构的约束弗兰克的位错公式与所有可能的伯格斯矢量。用罚函数法将约束极小化问题转化为无约束极小化问题。晶界位错结构近似为直位错网络，预测晶界的能量和位错密度。晶界能的基础上计算的位错结构是能够将其各向异性的性质。我们使用我们的连续介质模型，系统地研究了面心立方铝中$<111>$小角度晶界的能量与任何边界平面取向和所有六种可能的Burgers矢量。与原子模拟结果的比较表明，我们的连续体模型是能够给小角度晶界的能量和位错密度的良好的预测。我们还研究了在其他自由度不变的情况下，面心立方铝中小角度晶界随旋转轴变化的能量。经过适当的修改，我们的模型也适用于异质界面的位错结构和能量。
2016-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic calculations of charged point defects at grain boundaries in SrTiO$_3$
在多晶钙钛矿氧化物陶瓷中，氧空位在加速晶粒生长中起着重要作用。为了推进在原子尺度上的生长机制的基本理解，经典的原子模拟进行了研究的原子结构和氧空位的形成能在晶界上的原型钙钛矿氧化物材料SrTiO $_3$。在这项工作中，我们专注于两个对称的倾斜晶界，即$Σ$ 5（310）[001]和$Σ$ 5（210）[001]。一维连续介质模型适用于确定在含有晶界和点缺陷的原子结构模型中由带电晶格平面引起的静电势。通过这个模型，静电工件，这是固有的超细胞模型与周期性或开放的边界条件，可以考虑和适当的校正。我们报告计算的形成能的氧空位上的所有的氧网站之间的边界两个取向不良的晶粒，我们分析和讨论的形成能值相对于在空位的局部电荷密度。
2021-08-19 cond-mat.mtrl-sci
The Role of Grain Boundaries under Long-Time Radiation
晶界含量高的材料为抗辐射结构材料的发展提供了巨大的潜力。然而，一个正确的理解之间的连接辐射诱导晶界的微观结构行为和它的影响，在长的自然时间尺度仍然是失踪。在这封信中，点缺陷吸收在接口处的一个跳跃罗宾型条件在粗粒度的水平，其中界面微观结构的作用被有效地考虑到总结。然后提出了一个多晶骨料的抗沉强度与其粒径之间的简明关系式，并与实验结果进行了比较。在此基础上，提出了一个包含晶界和点缺陷耦合演化的粗晶模型，为研究辐照诱导的晶粒长时间形态演化奠定了基础。我们的模拟结果表明，在晶粒内的点缺陷源的存在进一步加速其收缩过程中，和辐射往往会触发孪晶界部分的扩展。
2018-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative 3D mapping of chemical defects at charged grain boundaries in a ferroelectric oxide
氧化物界面的极性不连续性和结构变化可以引起各种各样的电子和离子现象。在外延系统中，包括铁电畴壁和超晶格中的界面，相关的效应已经被深入研究。在这里，我们研究多晶铁电ErMnO3中的极性不连续性和晶界处的局部化学之间的关系。使用取向映射和不同的扫描探针显微镜技术，我们表明，多晶材料开发带电的晶界增强电子电导。通过进行原子探针断层扫描测量，我们发现在所有的晶界的铒和氧的耗尽的富集。所观察到的组成变化转化为超过可能的极化驱动效应的电荷，表明结构现象而不是静电决定了局部化学组成和电子输运行为的相关变化。研究表明，带电晶界的行为明显不同于带电畴壁，在极性氧化物界面的性能工程提供了额外的机会。
2023-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring energy landscape of graphene nanostructures on graphene and realizing atomically precise graphene origami using tilt grain boundaries
在二维范德华材料中，相邻层之间的相对扭转角不仅控制了它们的电子性质，而且决定了它们的堆叠能。这种效应使得更容易实现vdWs材料的能量有利的配置，例如双层石墨烯的Bernal堆叠结构。在这里，我们证明了我们可以可控地定制石墨烯纳米结构在石墨烯上的粘附能量景观，并通过使用一维倾斜晶界（GB）来稳定具有可调扭转角的系统。具有由倾斜GB分开的不同堆叠级的面积比被连续地调谐，这提供了新的自由度来定制系统的能量景观。由于倾斜GB分隔的不同堆叠顺序，我们可以沿着一维边界精确地重复折叠和展开石墨烯纳米结构，展示了实现原子级精确石墨烯折纸的能力。
2021-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cathodoluminescence Analysis of Defects and Grain Boundaries in Zn3P2 Thin Films Grown on Graphene by MOVPE and MBE
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Lund University（隆德大学）；Université Côte d’Azur, CNRS, CRHEA（蔚蓝海岸大学，法国国家科学研究中心，高能物理研究所）；Interdisciplinary Center for Electron Microscopy (CIME), EPFL（洛桑联邦理工学院跨学科电子显微镜中心）；Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学）；Friedrich-Schiller-Universität Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）
通过关联电子显微镜和阴极发光，研究了MOVPE在石墨烯上准范德华外延生长的Zn3P2薄膜中反相边界密度与光发射调制的关系，发现晶界作为非辐射复合中心，并比较了MBE薄膜，表明MOVPE材料抑制了应变相关的亚带隙发射，实现了更大晶粒和更高质量。
2026-05-22 cond-mat.mtrl-sci
High-Entropy Grain Boundaries
高熵合金和陶瓷是否有对应的晶界（GB）？由于高熵晶界（HEGB）的概念于2016年首次提出，本文首次对底层界面热力学进行了完整而严格的讨论。一个简化的偏析模型可以说明GB和大容量的高熵效应，降低GB的能量随着温度的升高饱和的多组分（常规和高熵）合金。HEGB可用于通过热力学和动力学效应在高温下稳定纳米晶合金。GB结构无序和过渡提供了进一步的机会，以获得更高的有效GB熵。展望了未来。
2022-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Point defect absorption by grain boundaries in $α$-iron by atomic density function modeling
利用原子密度泛函理论（ADFT）研究了体心立方铁[110]对称倾斜晶界上的点缺陷吸收。结果表明，取向差角对材料的下沉强度有很大的影响。我们还表明，ADFT是能够合理地再现以及在$α$ -铁的弹性性能和点缺陷形成体积。
2015-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Predicting phase behavior of grain boundaries with evolutionary search and machine learning
晶界相变的研究是一个新兴的领域，直到最近才被实验所主导。探索这种现象的原子模型的主要瓶颈一直是缺乏一个强大的计算工具，可以预测接口结构。在这里，我们开发了一种新的计算工具，基于进化算法，进行高效的大正则晶界结构搜索，我们设计了一个聚类分析，自动识别不同的晶界相。它的应用程序的对称倾斜边界在铜的模型系统揭示了一个意想不到的丰富的多态性的晶界结构。我们发现新的基态和亚稳态通过探索不同的原子密度的结构。我们的研究结果表明，在整个取向差范围内的晶界有多个阶段，并表现出结构转变，这表明界面的相行为可能是一个普遍的现象。
2017-07-31 cond-mat.mtrl-sci
