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
Faceting diagram for Ag segregation induced nanofaceting at an asymmetric Cu tilt grain boundary
在这项工作中，我们实验建立了等温纳米晶面的演变在一个不对称的倾斜晶界的Cu-Ag系统使用扩散偶的方法。我们调查的纳米晶面形成沿晶界的银溶质过剩浓度的依赖。初始晶界分解为不对称的贫Ag段和对称的富Ag（210）段。增加Ag过量导致富Ag小面段长度增加，而非对称小面的长度保持恒定。由此，我们构建了一个晶界纳米刻面图推导出我们的实验相关的局部原子结构，整体倾斜和Ag溶质过剩。
2020-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Can we predict mixed grain boundaries from their tilt and twist components?
本文通过计算7040个硅晶界，揭示混合晶界与其倾转和扭转分量在结构、能量和应力场上的相关性，提出扩展Read-Shockley模型预测晶界能量趋势，并揭示断连叠加在形成大角度混合晶界中的作用。
2024-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of A15 Tilt Grain Boundary Structures
提出一种结合修改的Farey图和3D相场晶体模型的理论方法，预测并揭示了A15中CSL倾斜晶界的结构单元数量、比例及排列规则。
2025-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Energetics of the nucleation and glide of disconnection modes in symmetric tilt grain boundaries
本研究开发了一种结合双晶体学与NEB方法的系统方法，用于计算对称倾转晶界中位错模式的形核与滑移能垒，并成功预测了Cu中[001]晶界的剪切耦合因子。
2025-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Quasi-aperiodic grain boundary phases of Σ5 tilt grain boundaries in refractory metals
本文通过严格晶界结构搜索在BCC难熔金属Σ5倾转晶界中预测了新的准非周期分裂风筝相，经DFT验证并解释了此前显微学观测，表明复杂非周期晶界相具有普遍性。
2025-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Quasiperiodic [110] Symmetric Tilt FCC Grain Boundaries
本文利用Landau-Brazovskii模型研究[110]对称倾斜FCC晶界，发现准周期晶界遵循广义Fibonacci替换规则，揭示了其向周期晶界转变的机制，并提出精确计算任意倾斜角晶界能量的方法。
2024-06-05 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
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
Phase Field Crystal Study of Symmetric Tilt Grain Boundaries of Iron
本文应用相场晶体模型研究了体心立方铁的三维对称倾斜晶界的结构和能量。模型的参数是用最近发展起来的八阶拟合格式[A. Jaatinen等人，B80，031602（2009）]。由该模型得到的晶界自由能与以往的分子动力学模拟和实验结果吻合较好。
2010-06-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Emergence of directionally-anisotropic mobility in a faceted $Σ$11 <110> tilt grain boundary in Cu
刻面晶界，其中晶界面积以产生低能段的名义增加，可以表现出新的和意想不到的迁移趋势。例如，几个刻面的$Σ$ 3边界已经证明了抗热和热阻尼迁移率。$Σ$ 11<110>倾斜边界代表了另一组有希望但相对未探索的界面，其中（113）低能平面可能导致刻面。在这项研究中，分子动力学模拟研究晶界迁移的非对称$Σ$ 11<110>晶界在两个面心立方金属。这种边界在Cu中的迁移率强烈依赖于所施加的驱动力的方向。随着温度的升高，迁移率各向异性通常变小，但不会完全消失。相反，在Al中的相同的边界在任一方向上表现出相似的迁移率，说明各向异性迁移率现象是材料依赖的。最后，堆垛层错能，面结缺陷含量，和边界晶体学之间的关系被发现，可能会通知未来的研究面晶界。
2020-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Ag and Zr solutes on dislocation emission from the Σ11(332)[110] symmetric tilt grain boundary in fcc Cu
溶质的添加通常用于稳定纳米晶体材料以防止晶粒生长。然而，这些溶质在晶界处偏聚，也影响在外加应力下从晶界处的位错成核的过程。使用原子模拟，我们证明了溶质对位错成核的影响强烈地依赖于溶质在晶界处的分布，这可以根据溶质类型而显着变化。特别是，我们的研究结果表明，具有较小的尺寸失配的溶质可以更有效地抑制位错发射从晶界。考虑到位错滑移源于晶界或其三重连接点是塑性形变的主要机制时，晶粒尺寸减小到纳米级，我们强调的重要性，寻找最佳的溶质添加剂，这将稳定的纳米晶材料对晶粒生长，并在同一时间，有效地抑制从晶界的位错成核。
2017-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Coupled motion of asymmetrical tilt grain boundaries: molecular dynamics and phase field crystal simulations
以前的模拟和实验研究表明，一些晶界（GB）可以耦合到所施加的剪切应力，并被他们移动，产生剪切变形的晶格穿过他们的运动。虽然这种耦合效应已被证实为对称倾斜的GB，鲜为人知的是不对称边界的耦合能力。在这项工作中，我们采用了结合分子动力学和相场晶体模拟研究应力驱动的运动在整个范围内的倾斜角的立方晶体之间的不对称GB。我们的主要研究结果是，耦合效应存在于大多数的非对称GB和耦合因子表现出非平凡的依赖于两个取向差和倾角。这种依赖性的特征在于耦合因子的符号的不连续变化，其反映了在窄角度范围内两种不同耦合模式之间的过渡。重要的是，耦合因子的大小在该过渡区域内变得很大或发散，从而引起类似滑动的行为。我们的研究结果解释在一个图表中呈现的两个耦合模式和它们之间的过渡区的平面中的取向差和倾角的存在域。模拟揭示了一些位错机制负责的不对称倾斜GB的运动。本研究的结果与现有的实验测量相比，并为未来的实验设计提供了理论依据。
2012-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Quantifying the Energetics and Length Scales of Carbon Segregation to Fe Symmetric Tilt Grain Boundaries Using Atomistic Simulations
杂质向晶界的偏聚对多晶材料的稳定性和宏观行为都起着重要的作用。在这项工作中的研究目标是更好地表征与溶质和杂质偏析到晶界的过程中所涉及的能量和长度尺度。利用分子动力学模拟计算了Fe中125个对称倾斜晶界数据库中碳在多个晶界位置的偏聚能。模拟结果表明，晶界附近大部分原子位的偏聚能低于体相中的原子位。此外，取决于边界，偏聚能量接近体值大约5-12毫米远离晶界的中心，提供了一个能量的长度尺度的碳偏析。该数据集的后续数据简化和统计表示提供了关键信息，例如关于碳原子的平均偏析能量和相关能量分布作为与晶界的距离的函数，其定量地告知具有捕获Fe中杂质的偏析行为所需的能量和长度尺度的更高尺度模型。这项研究的意义是一种方法的发展，能够确定偏析能量在很宽的范围内的晶界特性（典型的多晶材料中观察到的），在此已被应用到碳偏析在一个特定类别的晶界铁。
2013-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Stable nanofacets in [111] tilt grain boundaries of face-centered cubic metals
结合原子模拟与透射电子显微镜，研究揭示 Cu 的 [111] 倾斜晶界中存在能量稳定的纳米刻面，并预测 Al、Ag 中也有同类现象。
2024-04-22 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
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
Twin interaction with $Σ$11 tilt grain boundaries in BCC Fe : Formation of new grain boundaries
孪生是纳米晶材料塑性形变的一种重要方式。因此，预期在塑性形变期间，孪晶可与不同的晶界（GB）相互作用。了解这些双GB相互作用是至关重要的，我们了解材料的力学行为。在这项工作中，不同的$Σ$ 11对称和非对称倾斜GB的BCC Fe中的孪晶相互作用进行了分子动力学（MD）模拟。结果表明，孪晶从裂纹或晶界处形核，并与$Σ$ 11个非对称倾斜晶界相互作用，形成新的晶界。该新GB由$<$ 100 $>$ Cottrell型固定位错组成。详细的原子机制，负责这个新的GB形成已被揭示使用原子模拟。有趣的是，在与$Σ$ 11对称倾斜GB的孪晶相互作用的情况下，没有观察到新的GB形成。
2022-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
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
Mechanical Properties and Failure Behavior of Phosphorene with Grain Boundaries
采用密度泛函紧束缚方法，研究了磷烯晶界对力学性能和破坏行为的影响。我们发现，大角度倾斜边界具有较高的密度（5| 7）缺陷对（沿AC方向取向）比具有较低缺陷密度的小角度倾斜边界更强，并且类似地比具有较高密度的大角度边界更强（4| 8）缺陷对（沿ZZ方向取向）比具有较低缺陷密度的小角度边界更强。失效是由于在（5）的七边形中最预应变的键断裂|7）缺陷对或八边形的（4| 8）对。大角度晶界更好地容纳七边形和八边形缺陷中的预应变键，导致更高的失效应力和应变。由于Griffith型断裂力学准则没有考虑粘结预拉伸的影响，因此不能用Griffith型断裂力学准则描述。有趣的是，磷烯中倾斜晶界的这些异常机械和失效特征也被石墨烯和六方晶系的α-氮化物所共享，这意味着它们可能对2D材料是通用的。这里揭示的研究结果可能是有用的，在调整磷烯的机械性能，通过缺陷工程的具体应用。
2016-10-24 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
Atomic resolution observations of silver segregation in a [111] tilt grain boundary in copper
本研究针对铜基材料溶质偏聚观测需求，结合像差校正电镜、光谱与原子模拟，解析银在铜[111]倾转高角度晶界的偏聚位点、浓度及机制，为界面性能调控提供原子尺度依据。
2022-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Structures and transitions in bcc tungsten grain boundaries and their role in the absorption of point defects
本文采用原子模拟方法研究了体心立方（bcc）金属钨的晶界相变。受最近面心立方（fcc）铜中[100]对称倾斜晶界中晶界相变的模拟研究的启发，我们对体心立方钨中[100]和[110]对称倾斜高角度和低角度晶界进行了系统的研究。这些边界的结构以前已经研究了原子模拟在几个不同的bcc金属，包括钨使用的γ-表面方法，这是有局限性的。在这项工作中，我们使用一个最近开发的计算工具的基础上的USPEX结构预测代码进行进化的巨正则搜索GB结构在0 K。对于大角度[100]倾斜边界，演化算法生成的基态与γ-表面方法的预测一致。对于[110]倾斜边界，搜索预测新的高密度低能量晶界结构和多个晶界相在整个取向差范围内。分子动力学模拟结果表明，新结构在高温下更加稳定。我们观察到一级晶界相变，并探讨结构的多样性如何影响点缺陷吸收的机制。具体而言，我们展示了一个两步成核过程，当最初的点缺陷被吸收通过形成具有较高密度的亚稳态GB结构，然后通过这种结构的转变成GB间隙循环或不同的GB相。
2018-04-14 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
Effect of tilt and twist angles on the cleavage crack propagation
我们报告了解理裂纹偏离晶界的机制。一个断裂力学为基础的模型已被开发，结合解理面之间的倾斜和扭转角的归一化能量释放率的减少的效果。并对解理断口进行了电子背散射衍射分析。与存在的倾斜和扭曲角在晶界的微观结构特征已被确定，并发现是一致的预测从分析模型。
2019-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation Transmission Across Tilt Low-Angle Grain Boundaries in BCC Fe: The Role of Elastic Interactions
本研究通过分子动力学模拟发现弹性相互作用是体心立方铁中小角度晶界阻碍位错透射的主导因素，建立的解析模型可定量预测位错透射应力，为晶界强化材料设计提供依据。
2025-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Simulation of Ga Penetration along Sigma 5 Symmetric Tilt Grain Boundaries in an Al Bicrystal
液态金属脆化（LME）是低熔点液态金属与另一种较高熔点的多晶金属接触的系统的共同特征。虽然不同的系统表现出不同的LME断裂特性，但纳米厚的液态金属膜沿晶界的渗透是该过程的标志之一。我们采用EAM电位优化的Al-Ga二元合金在一系列的MD模拟的Al双晶体（与$Σ5 36.9 ^{\circ} /[010]$对称倾斜边界）与液体Ga接触，并没有施加应力。我们的模拟阐明了LME的机制，以及它是如何受到应力的影响。应力和Ga原子的相互作用导致在液态槽根下方的晶界上形成一列位错训练，位错以几乎恒定的速率沿晶界向下爬。位错攀移机制和Ga的穿透是耦合的。虽然位错确实使部分施加的应力松弛，但残余应力保持晶界开放，从而允许更多、更快的Ga传输到穿透前沿（即，Ga层增厚过程）。耦合的Ga输运和"位错爬升“是关键的异常快速，时间无关的Ga沿晶界在Al中的渗透。模拟解释了广泛的LME在Al-Ga文献的实验观察。
2007-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation interaction with a tilt low angle grain boundary in bi-crystal SrTiO3
为探究陶瓷塑性变形中裂纹抑制机制，研究以带4°倾斜晶界的双晶SrTiO3为模型，结合室温布氏压痕、蚀坑成像与透射电镜，观察到位错在小角度晶界的塞积、存储与穿晶传递，为位错-晶界相互作用提供了新的介观尺度实验依据。
2025-09-05 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
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
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
Atomic-scale investigation of the irradiation-resistant effect of symmetric tilt grain boundaries of Fe-Ni-Cr alloy
本文采用分子动力学模拟对具有不同晶界的燃料包壳或压力容器用Fe-20 Ni-25 Cr合金进行了模拟研究。研究了由113（111）、113（112）、119（114）、111（113）、119（116）和117（223）型GB组成的双晶材料的辐照缺陷、应力作用下的辐照微结构演化和辐照力学性能与辐照强度、重合点晶格参数、倾斜角和GB厚度之间的相互作用。结果表明，辐照后的空位和杂质通过竞争性的GB吸收和复合而湮灭。在15 keV入射能量下，除Al_2O_3（111）和Al_2O_3（113）外，大多数双晶都出现了偏置吸收，导致晶粒内部存在大量的残余空位团簇。此外，不同的GB表现出不同的辐照缺陷吸收能力，并且残留空位数与GB厚度成反比，其中窄GB厚度的B13（111）和B11（113）GB的缺陷吸收能力较弱，而其它GB的缺陷吸收能力较强。此外，垂直于GB的单轴拉伸模拟表明，所有的双晶体的机械性能恶化后，辐照，这源于辐照缺陷团促进位错传播。特别是，无论是否施加辐照，最大拉伸应变，韧性和杨氏模量与GB倾斜角单调相关，而极限拉伸强度对于较大的GB CSL参数是稳定的。最后，根据辐照缺陷、显微组织和力学性能的演变规律，提出了合理设计抗辐照Fe-Ni-Cr合金的指导思想。
2021-02-13 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
Thermodynamically driven tilt grain boundaries of monolayer crystals using catalytic liquid alloys
本研究提出利用钼酸钠液态合金的气-液-固生长法，可制备产率超95%的钼极性5|7缺陷的单层MoS₂晶界，提升薄膜光致发光强度，为二维多晶薄膜的缺陷调控与性能工程提供技术线索。
2025-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Structural, chemical and dynamical trends in graphene grain boundaries
晶界是拓扑缺陷，通常具有无序特征。无序意味着理解总体趋势比精确研究单个晶界更重要。在这里，我们提出了石墨烯晶界的趋势。我们使用密度泛函紧束缚方法来计算能量，原子结构（多边形组成），化学反应性（悬挂键密度），弯曲高度（拐点角）和动力学性质（振动）的趋势，作为晶格取向失配的函数。观察到的趋势和它们之间的相互关系可以用结构来解释，并得到过去实验的支持。
2010-04-08 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
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
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
Knowledge-Transfer based Cost-effective Search for Interface Structures: A Case Study on fcc-Al [110] Tilt Grain Boundary
确定界面原子构型是材料科学研究的重要课题之一。虽然理论模拟是有效的工具，但由于界面结构的高自由度，穷举搜索在计算上是禁止的。在界面结构搜索中，需要探索由各种取向角度创建的多个能量表面，并且由于超晶胞尺寸的显著变化，不同角度的必要计算成本显著变化。在本文中，我们引入了两个机器学习的概念，称为迁移学习和成本敏感搜索，接口结构搜索。作为一个案例研究，我们证明了我们的方法的有效性，称为成本敏感的多任务贝叶斯优化（CMB），使用fcc-Al [110]倾斜晶界。四个微观参数，三维刚体平移，和原子柱的数量，通过转移不同的取向角之间的能量表面的知识进行优化。我们表明，转移知识的不同能量表面可以加速结构搜索，并考虑成本的变化，进一步提高了总效率。
2018-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Core shift controls grain boundary energy scaling in Cu and Al
关联了不同元素的晶界能。在任意两个f.c.c.元素几乎是恒定的，但铝是显著的例外，已知铝的这些常数变化很大。然而，铝的特殊行为的起源还不清楚。以前，我们报道过，对于面心立方金属，有一种倾向，即边界的倾斜轴在（1-10）平面上向[112]移动，并最终形成低能[112]核心移动边界（CSB）。通过比较铜和铝在（1-10）平面内具有不同倾斜轴的晶界能，我们现在报告在小角度晶界的情况下存在定义明确的标度行为。相比之下，高角度边界的缩放常数基本上是固定的，无论其倾斜轴偏移如何。这导致从低角度到高角度边界的标度常数逐渐变化，这是铝中发现的明显异常标度行为的原因。核心转移过程中的结构演变的分析点的意义的边界核心解离，在边界处的单个原子的相关弛豫的形式，在控制边界能量的缩放。
2023-02-11 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
Probing the Electrical Properties of Overlapped Graphene Grain Boundaries by Raman spectroscopy
晶界和褶皱对多晶石墨烯的电性能的影响是显著的。在这里，我们研究了多晶石墨烯颗粒之间的拼接，特别是，在边界处的层重叠，通过化学气相沉积（CVD）生长，随后通过氧化的Cu衬底掺杂。我们通过拉曼光谱分析了60和220 nm宽之间的重叠区域，发现这些重叠边界中的一些包含AB堆叠双层。重叠晶界的拉曼光谱明显不同于双层石墨烯，并表现出G带峰的分裂。分裂的程度、峰宽以及峰强度取决于重叠的宽度。我们将这些特征归因于通过氧化的Cu衬底跨重叠区域的载流子（空穴）的不均匀掺杂。其结果是，费米能级在重叠的晶界位于0.3和0.4 eV以下的电荷中性点。我们的结果表明重叠晶界的电导率增强，与之前观察到的测量结果类似（1）。电荷分布对晶界重叠宽度的依赖性可能对具有增强导电性的大面积石墨烯的生长具有强烈的影响。
2014-06-06 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
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
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
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
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
