Size effect on deformation twinning at the nanoscale in hcp metals
由于六方密排（hcp）金属的有限滑移系统，形变孪晶通常被认为是其主要机制。最近的微压缩实验hcp金属点有趣的强烈的尺寸效应的孪生机制，表明金字塔滑移占主导地位compression.In这项工作中，我们分析了尺寸效应的孪生由于晶格旋转应变在hcp单晶。在纳米尺度下推导了形变孪晶的判据，并通过镁和钛单晶的分子动力学模拟进行了验证。结果表明，<c+a>锥体滑移主导的压缩变形在纳米尺度下，与实验观察以及我们的分析一致。我们的发现澄清了变形孪晶的尺寸效应的性质，同时也为所谓的强度差异（SD）效应提供了一个解释。
2013-12-26 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Elastic Constants for the hcp Transition Metals Fe, Co, and Re at High Pressure
采用线性增广平面波方法，采用局域密度和广义梯度近似，计算了三种过渡金属（Co，Re和Fe）hcp相的弹性常数张量随压力的变化.自旋极化状态被发现是稳定的Co（铁磁）和Fe（反铁磁在低压下）。Co和Re的弹性常数进行比较，实验测量附近的环境条件和良好的协议被发现。最近测量的晶格应变在高压实验中解释的弹性常数Re和Fe的计算模量不一致。
1999-04-29 cond-mat.mtrl-sci
First-principles thermal equation of state and thermoelasticity of hcp Fe at high pressures
采用第一性原理线性响应线性muffintin轨道方法，在广义梯度近似下，研究了六方晶系铁在高温高压下的状态方程和弹性性质。我们计算的亥姆霍兹自由能作为体积，温度和体积守恒应变的函数，包括电子激发贡献的能带结构和晶格振动贡献的准谐波晶格动力学。我们进行了详细的调查的行为的弹性模量和状态方程的属性作为温度和压力的函数，包括压力-体积状态方程，体积模量，热膨胀系数，Gruneisen比，和冲击Hugoniot。与现有的实验测量和理论预测进行了详细的比较。
2009-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Thermal effects on lattice strain in hcp Fe under pressure
我们计算了c/a晶格应变随温度的变化，在高压下使用第一性原理线性响应准谐波计算的基础上的全势线性muffin tin轨道（LMTO）方法和粒子在细胞（PIC）模型的振动配分函数使用紧束缚总能量方法。紧束缚模型显示出良好的协议与全电子LMTO方法。当hcp结构稳定时，由PIC和线性响应晶格动力学计算的hcp Fe的几何平均频率和Helmholtz自由能吻合得很好，轴比随温度和压力的变化也吻合得很好.现场非谐性被证明是小的熔化温度，和PIC给出了一个很好的估计，其符号和幅度。在低压下，hcp Fe在大的c/a比下变得动态不稳定，并且PIC模型可能在结构接近晶格不稳定的地方失败。PIC近似很好地描述了远离不稳定性的振动行为，因此是计算材料高温性质的合理方法。我们的研究结果表明，从早期的PIC研究，这给了更大的轴比随温度的增加，或报告PIC和晶格动力学结果之间的差异很大的显着差异。
2007-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Importance of correlation effects in hcp iron revealed by a pressure-induced electronic topological transition
我们发现Fe和Fe_（0.9）Ni_（0.1）的hcp相在约40 GPa的压力下发生了电子拓扑转变。费米面的这种拓扑变化通过实验中观察到的德拜声速、c/a晶格参数比和穆斯堡尔中心位移的反常行为表现出来。动态平均场方法的第一性原理模拟表明，过渡是由多电子效应。它是不存在的单电子计算，并代表了一个明确的签名的相关效应hcp铁。
2012-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Titanium-hydrogen interaction at megabar pressure
金属粒子（$\mathit{ejecta}$）在气体中的输运过程是核能量学领域最近工作的主题。本文研究了钛喷射物在兆巴压力下的热重氢中的溶解过程。采用经典和量子分子动力学方法研究了该过程的热力学和动力学性质。估算了喷出物的溶解时间、钛原子与氢的饱和极限和溶解热。发现半径为1 $μm$的粒子在氢气中的溶解时间为$1.5 \cdot 10^{-2} \ μs$，而混合过程可用扩散定律描述。所提出的方法证明了钛-氢系统的最终状态为具有完全溶解的钛颗粒的均质化流体。这一结果可以推广到钛和氢为原子流体的所有外部条件。
2018-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Pressure induced bcc to hcp transition in Fe: Magnetism-driven structure transformation
用从头计算方法研究了Fe中压致bcc → hcp相变。无序局域矩（DLM）计算发现，温度诱导的自旋涨落导致Burgers型晶格畸变能量的降低和具有$[\bar{1}10]$极化的$TA_1$-点横声子模的软化.结果，系统中的自旋无序导致原子位移幅度的增加。另一方面，在我们的计算中得到的交换耦合参数强烈下降，在大幅度的晶格畸变。这导致结构自由度和磁自由度的相互关联，导致在有限温度下的压力下的体心立方结构的不稳定性。
2013-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Investigating the electronic origins of the repulsion between substitutional and interstitial solutes in hcp Ti
氧在Ti、Zr和Hf中的高溶解度使得难以稳定它们表面上的保护性氧化物皮，因为表面下区域可充当连续溶解氧的无限汇。合金元素对于降低氧在早期过渡金属中的溶解度和扩散率至关重要。过去的研究表明，钛的替代合金添加排斥间隙氧。在这里，我们使用第一性原理计算表明，这种排斥是短程的，并确定了各种因素，可能是负责排斥相互作用。我们确定了一个独特的杂交现象之间的溶解的替代元素和间隙内的hcp钛，导致在短距离的排斥相互作用，类似于闭壳层原子之间的。Bader电荷的计算也表明存在短程库仑相互作用，由于电荷的积累上的替代溶质和间隙氧，是从Ti主机。
2021-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Evidence of local magnetic order in hcp iron from Raman mode splitting
在高压下的六方晶系铁的拉曼光谱的实验测量表明，在相当大的压力范围内的一个双简并模式的六方晶系晶格的预测相反的两个模式。利用密度泛函理论研究了磁有序对六方晶系铁的拉曼激活模的影响。我们发现一个反铁磁状态，解除简并的横向光学模式，并产生稳定的反铁磁力矩高达约60 GPa（55玻尔$^3$）。两个横光学模的频率与实验喇曼位移符合得很好，支持hcp铁中存在局域反铁磁有序。
2001-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Observation of metastable hcp solid helium
我们在低于熔化压力的1.1 ~ 1.4K之间制备并观察到了亚稳固态氦-4。这是通过一个强烈的压力波小心地集中在一个已知方向的晶体内来实现的。聚焦区的精确密度图由光学干涉技术提供。取决于样品，在焦点处达到的最小密度对应于低于静态熔融压力2巴至4巴的压力。在此之外，晶体经历了一个意想不到的不稳定性远远早于预测的旋节极限。这为研究这种量子晶体的扩展亚稳态及其稳定极限提供了一个新的机会。
2011-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-induced alpha-to-omega transition in titanium metal: A systematic study of the effects of uniaxial stress
我们研究了单轴应力对纯钛（Ti）中压力诱导的α到ω转变的影响，通过角色散X射线衍射在金刚石压砧单元。在四种不同压力环境下的实验结果表明：（1）相变的开始取决于所用的压力介质，从4.9GPa（无压力介质）至10.5 GPa（2）A相和W相在相当大的压力范围内共存，这取决于所使用的压力介质;（3）w相的滞后和可淬性受样品压力环境的差异影响;和（4）Ti的短期激光加热降低了α到ω转变压力。可能的过渡机制进行了讨论，根据目前的结果，这清楚地表明了单轴应力的影响，在α到ω过渡。
2004-04-26 cond-mat.mtrl-sci
High pressure and temperature thermoelasticity of hcp osmium from ab initio quasi-harmonic theory
本文利用从头算准谐近似系统研究了hcp锇在高温高压下的热弹性质，验证了ZSISA和V-ZSISA近似的高精度，所得弹性常数在5–301 K范围内优于准静态近似并与实验高度吻合，同时给出了0–150 kbar压力范围内的弹性常数数据。
2025-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Room-Temperature Structures of Solid Hydrogen at High Pressures
采用第一性原理的超自洽模拟，我们探讨了300 K结构的固体氢在压力范围150-300 GPa。在200 GPa下，我们发现环境压力下无序的六方密堆积（hcp）相转变为绝缘的部分有序hcp相（po-hcp），即有序的石墨烯状H2层和其他层弱耦合的无序H2分子的混合物。在该相内，氢保持在配对状态，并产生较短的分子内键，这是导致高于4000 cm-1的非常高的实验拉曼峰的原因。在275 GPa下，我们的模拟预测了从po-hcp到有序分子金属Cmca相（4个分子/细胞）的转变，该相先前被提出仅在400 GPa以上稳定。300 K下的吉布斯自由能计算证实了po-hcp和金属Cmca相分别在220-242 GPa和>242 GPa下在所有已知结构上的能量稳定性。我们的模拟强调了温度在调节相稳定性中所起的主要作用，并为在300 K下低于300 GPa的固体氢金属化提供了理论支持。
2012-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Tight-binding study of high-pressure phase transitions in titanium: alpha to omega and beyond
我们使用紧束缚的总能量方法，与参数确定从一个适合的第一性原理计算，检查新发现的γ相的钛。我们的参数进行了调整，以准确地描述α钛-ω钛相变，这是错位的密度泛函计算。我们发现一个过渡，从ω Ti到γ Ti在102 GPa，与实验值116 GPa。我们的研究结果表明，电流密度泛函计算将不会再现ω Ti-γ Ti相变，而是预测从ω Ti到bcc β Ti相的转变。
2001-11-09 cond-mat.mtrl-sci
High temperature and pressure thermoelasticity of hcp metals from ab initio quasi-harmonic free energy calculations: the beryllium case
该研究以hcp结构铍为例，在准谐近似下开展从头算热弹性研究，量化了零静态内应力近似的精度，对比了多种近似方法的差异，为极端条件下hcp金属热弹性研究提供实用方法。
2024-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Density functional theory study of the α --> ω martensitic transformation in titanium induced by hydrostatic pressure
本文研究了Ti在静水压力下的马氏体α → ω相变。计算采用密度泛函理论（DFT）框架结合Birch-Murnaghan状态方程进行。计算得到的Ti的α相和ω相的基态性质、体积模量和压力导数与实验数据符合较好。在0 K时，α相和ω相的晶格常数分别为0 ~ 74 GPa和0 ~ 119 GPa压力的函数。结果表明，压缩后晶格常数呈非线性变化。用计算的晶格参数描述了α -> ω相变，表明在0 GPa和0 K下可以实现相变。
2013-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Mechanism of Diamond Nucleation on Titanium Substrate under Very Low Pressure
采用热灯丝化学气相沉积技术，研究了低压下金刚石在钛基体上的形核及其机理。在1 ℃下获得了非常高的成核速率和密度（10^8-10^{10} cm^{-2}），比常规低压（几十℃）下的对应物（10^7 cm^{-2}）高1-3个数量级。研究了在极低压力下衬底温度和CH_4浓度对成核密度的影响，发现衬底温度过高，成核密度较低; CH_4浓度越高，成核密度越高，成核速率越大。详细讨论了成核机理。虽然大量的原子氢产生成核位点，但在与碳化物的快速形成竞争中，在衬底表面上/附近的碳和/或烃类物质的充分过饱和是成核的关键因素。非常低的压力导致长的平均自由程和其他有益的效果，因此，对于快速，高密度成核是至关重要的。底物温度和CH_4浓度对反应也有重要影响。这进一步说明C_2H_x（x<6）和CH_4也有助于成核，但在很低的压力下CH_{1-3}起主导作用。极低压法似乎是使金刚石沉积在钛膜上适用的唯一候选方法。它还揭示了如何提高钻石的生长速度。
1997-08-21 cond-mat.mtrl-sci
First-principles studies on electrical resistivity of iron under pressure
采用低阶变分近似和第一性原理线性响应线性Muffin-tin轨道方法在广义梯度近似下计算的理论输运谱函数，研究了bcc和hcp Fe的电阻率随温度和压力的变化关系.计算值与实验数据吻合较好，且随温度的升高而增大，随压力的升高而减小。我们还讨论了bcc -> hcp相变的电阻率行为。
2010-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Impact of high-pressure columbite phase of titanium dioxide (TiO2) on catalytic photoconversion of plastic waste and Simultaneous hydrogen (H2) production
本文采用HPT法稳定TiO2高压铌铁矿正交相，构建可光降解PET并同步产H2的高效光催化剂，并揭示氧空位对性能的增强机制。
2024-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Manganese Content on Plastic Deformation Mechanisms in Polycrystalline α-Ti-Mn Alloys
Institute for Technology of Nuclear and Other Mineral Raw Materials（核与其他矿物原材料技术研究所）；National Centre for Nuclear Research, NOMATEN CoE（国家核研究中心，NOMATEN卓越中心）
研究通过分子动力学模拟探讨锰含量对α-Ti-2Mn和α-Ti-4Mn合金塑性变形机制的影响，发现锰含量增加导致应力升高和塑性变形阻力增强，伴随位错活动和缺陷演化的变化。
2026-04-07 cond-mat.mtrl-sci
High pressure melt dynamics in shock-compressed titanium
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；UCLA（加州大学洛杉矶分校）；Department of Chemistry, University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校化学系）；Linac Coherent Light Source, SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室直线相干光源）
本研究通过实验和模拟揭示了冲击压缩下钛的高压熔化行为，发现固-液共存区及高取向度结晶残留现象，探讨了实验平台对熔化压力的测量精度。
2026-03-04 cond-mat.mtrl-sci
High Pressure Phase Diagram of Beryllium from \emph{Ab Initio} Free Energy Calculations
采用第一性原理分子动力学模拟结合热力学积分方法研究了铍在1600 GPa压力下的hcp-bcc相变和熔化。通过平衡固液两相的吉布斯自由能，得到了熔点线，并用SimonGlatzel拟合$T_m= 1564~\text{K} (1 + P/(15.6032 ~\text{GPa}))^{0.383}$表示，与6000 K以下的两相模拟结果吻合较好.我们还推导出hcp-bcc固-固相边界，并表明准谐波近似低估了hcp结构的稳定性，预测hcp和bcc相之间的较低的过渡压力。然而，我们的结果是一致的声子准粒子方法预测的稳定性制度。我们还预测了hcp-bcc-liquid的三相点位于164.7 GPa和4314 K。此外，我们还计算了冲击Hugoniot曲线，结果表明，它与实验符合得很好，并与我们导出的熔化曲线在4900 K时$\sim$ 235 GPa相交。最后，我们证明了在液态下，在低温和高温下与熔化曲线相交的等熵压缩路径，可以在大到7000 K的间隙后在固体中再现。因此，我们预测，熔化曲线的大部分可以被采样，在原则上，通过斜坡压缩实验，其中固体和液体Be将共存的样品被压缩。
2021-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Experimental study on the influence of binders on plastic deformation during sintering of cubic boron nitride powder under high pressure and high temperature
在这项工作中，烧结多晶立方氮化硼（cBN）压坯，与碳氮化钛在1450°C的温度和5.5GPa的压力下在3分钟内分别制备作为粘合剂的TiC0.7N0.3和氮化钛（TiN），并通过X射线衍射（XRD）实验研究了粘结剂对cBN粉末烧结过程中塑性形变的影响。分析.结果表明，以碳氮化钛为粘结剂的烧结体比以氮化钛为粘结剂的烧结体表现出更强烈的cBN晶粒的塑性形变。该结果表明，如果粘合剂不同，则在高压和高温（HP-HT）下烧结cBN粉末期间形成的产物不同，使得在cBN晶界处的应力集中和钉扎效应（降低位错的移动性并防止退火）在两种情况下不同。
2016-04-27 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
Lattice distortion in hcp rare gas solids
计算了He、Ar、Kr和Ar六方晶系的晶格畸变参数$δ\equiv c/a-\sqrt{8/3}$与摩尔体积的关系。半经验势和密度泛函理论的结果。我们的研究表明，$δ$是负的氦在整个压力范围内。然而，对于Ar、Kr和Ar，随着压力的增加，$δ$的符号从负变为正，在更高的压力下，其数量级迅速增长。
2009-11-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Classical potential describes martensitic phase transformations between the $α$, $β$ and $ω$ titanium phases
描述钛的$α$、$β$和$ω$相之间的马氏体转变（包括成核和生长）需要精确的经典势。优化参数的修改嵌入原子势的数据库的密度泛函计算产生一个准确的和可转移的潜力，通过比较实验和密度泛函数据的声子，表面和堆垛层错能量和能量障碍均匀马氏体相变验证。分子动力学模拟绘制出钛的压力-温度相图。在该势下，$α$和$β$之间的马氏体相变发生在常压和1200 K，$α$和$ω$之间的马氏体相变发生在常压，$β$和$ω$之间的马氏体相变发生在1200 K和8 GPa以上，三相点发生在8 GPa和1200 K。马氏体$α-ω$转变的动力学的分子动力学探索显示出快速移动的界面，具有30毫电子伏/欧姆$^2$的低界面能。该势可用于研究钛的缺陷和相变。
2007-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Bulk Aluminum at High Pressure: A First-Principles Study
金属在高压下的行为对冲击物理、电子物理、天体物理和核材料等领域都具有重要意义。为了进一步了解金属在高压下的性质，我们使用第一性原理技术研究了铝的状态方程，压力高达2500 GPa，在计划的L.L.N.L.范围内。国家点火设施。我们的模拟使用密度泛函理论和密度泛函微扰理论在0 K的广义梯度近似。我们发现核心重叠成为相关的压力超过1200 GPa。计算了三相（fcc、bcc和hcp）的状态方程，预测了fcc-hcp、fcc-bcc和hcp-bcc转变分别发生在215 GPa、307 GPa和435 GPa。从声子色散在增加的压力，我们预测软化的最低横向声学振动模式沿[110]方向，这对应于在725 GPa的面心立方相的玻恩不稳定性。
2008-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-Induced Martensitic Phase Transformation and Microstructure Evolution in nanograined $\text{Fe}\text{-}7\%\text{Mn}$ Alloy
Iowa State University（爱荷华州立大学）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
研究通过高压技术揭示了铁-7%锰纳米晶合金在压力下的马氏体相变及微结构演变，发现压力驱动从体心立方相到六方相的转变，并揭示了晶粒尺寸和微应变的变化规律。
2026-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Phase stability, chemical bonding and mechanical properties of titanium nitrides: A first-principles study
我们对所有稳定的氮化钛进行了第一性原理的进化搜索，发现除了众所周知的岩盐型TiN之外，还发现了新的基态Ti $_3$ N $_2$、Ti $_4$ N $_3$、Ti $_6$ N $_5$在大气压下，以及Ti $_2$ N和TiN $_2$在更高压力下。最新的富氮结构呈现出封装的N $_2$哑铃状结构，在60 GPa下N-N距离为1.348 μ m，并且TiN $_2$被预测为机械稳定的（可淬火的）。我们的计算的机械性能（体积模量，剪切模量，杨氏模量，泊松比，和硬度）是在良好的协议与现有的实验数据，并表明，氮化钛的硬度随着氮含量的增加而增加。氮化钛的硬度是通过强化定向共价键和消除Ti-Ti金属键而提高的。在预测的化合物中，TiN $_2$具有最高的硬度，为27.2 GPa。
2014-11-06 cond-mat.mtrl-sci
High pressure synthesis of a hexagonal close-packed phase of the high-entropy alloy CrMnFeCoNi
高熵合金是五种或五种以上元素的近等原子固溶体，代表了设计性能优于传统合金的材料的新策略。然而，它们的相空间仍然受到限制，过渡金属高熵合金仅表现出面心或体心立方结构。在这里，我们报告的六方密堆积相的原型高熵合金CrMnFeCoNi的高压合成。这种马氏体相变开始于14 GPa，归因于局部磁矩的抑制，使初始fcc结构不稳定。类似于Al和惰性气体中的fcc到hcp转变，转变是缓慢的，发生在>40 GPa的范围内。然而，CrMnFeCoNi的行为是独特的，因为hcp相在减压至环境压力后保留，产生亚稳态fcc-hcp混合物。这证明了以常规加工技术无法实现的方式调整高熵合金的结构和性质的手段。
2017-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation of titanium nanoparticles in an oxygen-starved environment, I: Experiments
已经假定恒定的氧气供应对于通过溅射生长钛纳米颗粒是必要的。这种氧气供应可以由真空系统中的高背景压力或由特意供应的气体引起。氧气的供应使得钛的金属纳米颗粒难以生长，并且可能通过与靶反应而引起工艺问题。我们在这里报告，在金属六方钛（αTi）相的钛纳米颗粒的生长是可能的，使用脉冲空心阴极溅射等离子体和添加高分压的氦气，而不是微量的氧气的过程。氦冷却纳米颗粒在其中成核的工艺气体。这对于第一个二聚体的形成和继续生长到结晶稳定的尺寸都是重要的。的参数区域，其中合成的纳米粒子是可能的实验和理论的物理过程背后的这个过程窗口的概述。在200 Pa下发现了压力极限，低于该压力极限则不产生纳米颗粒，这可能归因于低的二聚体形成速率，这主要是由生长材料的更快速稀释引起的。在氩气流量高于25 sccm时，纳米颗粒的产生也消失了。在这种情况下，主要原因被确定为成核区内的气体温度升高，在从二聚体到稳定核的生长阶段中，从纳米颗粒（簇）的蒸发速率太高。这两种机制在一篇配套论文中进行了深入探讨[1]。在低氩气分压下也发现了工艺稳定性极限，并且可以归因于从空心阴极放电到辉光放电的过渡。
2018-09-12 cond-mat.mtrl-sci
High-pressure phase behaviors of titanium dioxide revealed by a $Δ$-learning potential
钛白已被广泛研究的金红石或金红石相，而其高压相是不太好理解的，尽管许多被认为具有有趣的光学，机械和电化学性能。第一性原理方法如密度泛函理论（DFT）常被用来计算TiO $_2$相在0~K温度范围内的热力学性质，但这种方法成本昂贵，不适用于有限温度下的长时间尺度和大系统规模的模拟。另一方面，便宜的经验势不能捕捉到各种多晶型物的相对稳定性。为了模拟TiO $_2$的环境和高压相的热力学行为，我们设计了一个经验模型作为基线，然后基于DFT数据和经验模型之间的差异训练机器学习潜力。这种所谓的$Δ$学习势包含了长程静电相互作用，并预测了稳定TiO $_2$相的0~K谱，与DFT结果吻合得很好。在$0<P<70$ ~GPa和$100<T<1500$ ~K范围内，我们绘制了$_2$的压温相图。然后，我们模拟动态相变过程中，通过压缩在不同的温度下的相变。在300 K时，在20 GPa时，我们观察到锐钛矿-斜锆石转变主要是通过马氏体两步机制进行的，原子运动高度有序且集体运动。在2000~K时，在45-55~GPa压力范围内，伴随着氧原子的扩散运动，钙钛矿以热激活的概率方式转变为钙钛矿。这些转变的压力计算结果与实验结果吻合良好。我们的研究结果阐明了如何合成和稳定高压TiO $_2$相，我们的方法是普遍适用于其他功能材料的多晶型。
2021-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Non-collinear magnetism in iron at high pressures
使用基于第一性原理的磁紧束缚总能量模型，计算了铁（fcc或$γ$ -Fe，和hcp或$ε$-Fe）以及铁磁bcc铁（$α$ -Fe）中各种有序自旋构型的磁化能和磁矩。对于hcp，最小化不利的铁磁最近邻排序的非共线反铁磁自旋配置是最低能量状态，并且在高达约75 GPa时比非磁性$ε$铁更稳定。考虑非共线磁性产生更好的协议与实验的状态方程，相比之下，非磁性状态方程，这是在50 GPa以下的实验较差的协议。
2003-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Coexistence pressure for a martensitic transformation from theory and experiment: revisiting the bcc-hcp transition of iron under pressure
两相共存压力在一定温度下是一个明确的点。然而，在实验中，由于非流体静力学应力和应力相关的势能势垒，不同的测量产生不同的压力范围与滞后。考虑到这些影响，我们提出了一个不等式的理论值的多个测量间隔的比较。我们回顾了几十年来对铁的bcc - hcp转变的压力实验，这些实验对非流体静力学条件和样品尺寸敏感。从电子结构计算，我们发现bcc - hcp共存压力为8.4 GPa。我们构建的状态方程的竞争阶段在静水压力下，比较实验和其他计算，并解决所观察到的压力滞后和范围内的起始压力的成核相。
2014-12-19 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Pressure-dependence of electron-phonon coupling and the superconducting phase in hcp Fe - a linear response study
清水等人最近的一项实验提供了在压力下hcp Fe中存在超导相的证据。为了研究这种超导相的压力依赖性，我们用线性响应（LR）方法和全势线性Muffin-tin轨道（FP-LMTO）方法计算了hcp Fe中声子频率和电子-声子耦合随晶格参数的变化.声子谱和Eliashberg函数$α^2 F$的计算结果表明，传统的s波电子-声子耦合可以很好地解释hcp Fe中超导相的出现.然而，所观察到的转变温度随压力增加的变化与计算结果相比太快了。为了与线性响应的结果进行比较，我们还采用刚性松饼罐（RMT）近似计算了电子-声子耦合。从LR和RMT的结果来看，似乎电子-声子相互作用本身不能解释观察到超导性的小体积范围。结果表明，铁磁/反铁磁自旋涨落以及磁性杂质（自旋有序团簇）的散射可以解释相变温度的观测值，但不能显著改善超导相的压力/体积范围的计算值与观测值之间的一致性. p波配对的简化处理导致极小的（$\leq 10^{-2}$ K）转变温度。因此，我们的计算似乎排除了六方晶系Fe的$s$波和$p$波超导性。
2002-07-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Ferromagnetic and antiferromagnetic spin fluctuations and superconductivity in the hcp-phase of Fe
高纯铁在压力下转变为hcp相，最近有报道称在150-300 kBar的压力范围内超导。计算了六方晶系铁在不同体积下的电子结构和电子-声子耦合（$λ_{ph}$）。本文提出了一种由铁磁和反铁磁自旋涨落计算耦合常数$λ_{sf}$的无参数理论。计算的$λ_{sf}$足够大，特别是从FM波动来解释超导性。结果表明，自旋涨落介导的超导性比电子-声子相互作用更有可能。
2001-12-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Phase Stability of the Argon Crystal: A First-Principles Study Based on Random Phase Approximation plus Renormalized Single Excitation Corrections
采用第一性原理电子结构方法，在无规相近似（RPA）和重整化单激发（rSE）修正的基础上，研究了氩（Ar）晶体面心立方（FCC）和六方密排（HCP）结构之间的能量差异.通过平等对待两种结构（即，采用相同的计算超原胞和k网格采样），我们的RPA+rSE计算表明，在零温度下，FCC结构在宽的压力范围内的能量低于HCP结构。零点能（ZPE）的影响也进行了研究，它被发现，ZPE只起着次要的作用，在确定这两种结构的相对稳定性，而电子相关效应占主导地位。我们进一步研究了在高压区的状态方程，我们的RPA+rSE结果，补充声子的贡献，显示出良好的协议与现有的实验数据。最后，通过计算FCC和HCP在不同温度下的吉布斯自由能，我们能够生成Ar晶体的$T$ - $P$相图，揭示了每个相的压力-温度范围。计算结果表明，在一定的温度和压力条件下，FCC相的熵和体积略大于HCP相。
2021-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Simple metal and binary alloy phases based on the hcp structure: electronic origin of distortions and superlattices
基于密排六方结构的简单金属和二元合金相的晶体结构在费米球-布里渊区相互作用的模型内进行分析，以理解扭曲和超晶格。对几个代表性相的布里渊-琼斯配置与近自由电子费米球的关系的检查揭示了电子能量对相稳定性的贡献的重要性。这种方法可能是有用的理解最近发现的压缩简单的碱金属和碱土金属的高压结构。
2014-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic properties of titanium from ab-initio calculations
在DFT中研究了Ti的五个相：α，β，γ，δ和ω的晶格参数，晶格稳定性和声子色散曲线。发现零温高压相的顺序为α、ω、γ、δ和β，其中δ和β相在高压下退化。然而，γ相可能是不稳定的，这反映在声子谱中虚值的存在。DFT计算的结果被用来估计α和ω相的熵和自由能。结果发现，收敛的声子计算导致的熵差，这是比以前的估计小得多，和一个陡峭得多的α-ω相变线。
2014-12-22 cond-mat.mtrl-sci
A Layered Spin 1/2 polymorph of titanium triiodide
描述了以前未报道的TiI 3的层状自旋1/2三角晶格多晶型物，其在900 ℃下在6 GPa的施加压力下合成，但在大气压下稳定。该气敏材料具有与TiI 4（Ti0.5I2）相关的具有面内三角形晶格的CdI 2型层状结构（P-3 m1（#164），Ti 0.667I2在120 K下a = 4.012 A和c = 6.641 A，Z = 1）。虽然TiI 3分子式与自旋为1/2 Ti（III）的层状蜂窝晶格的预期一致，但晶体结构中似乎存在无序。磁化率和热容量的测量表明，该材料经历了几个低温相变。
2022-11-04 cond-mat.mtrl-sci
A New Mechanism for the Alpha to Omega Martensitic Transformation in Pure Titanium
我们提出了一种新的直接机制的压力驱动的α到ω马氏体相变在纯钛。系统算法列举了所有可能的机制，其能量垒被评估。一种新的、同质的机制出现了，其势垒至少比其他机制低四倍。这种机制在一个简单的成核模型中仍然是有利的。
2003-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-Induced Critical Influences on Workpiece-Tool Thermal Interaction in High Speed Dry Machining of Titanium
切削刀具在操作过程中会受到极端的热负荷和机械负荷。在干切削条件下，特别是在切削所谓的难切削材料时，切削过程中的载荷状态会加剧。虽然，机械载荷对刀具失效的影响已经得到了广泛的研究，详细的研究热载荷对刀具的恶化的影响是相当缺乏的。本文研究了涂层硬质合金刀具在热载荷作用下的失效。该研究强调了由工具材料的热物理性质在增强或防止工具内的切削元件的大量磨损中所承担的作用。它示出，在一个全面的视图中的工具区中的传导的性质，热传导不仅仅是受温度的影响。相反，它是所谓的热力学力的函数。它们是应力、应变、应变速率、温度上升速率和温度梯度。尽管在这种考虑中，热传导的描述是非线性的，但采用这种形式是有益的，因为它有助于对工具磨损的热激活的完全机械理解。
2010-08-07 cond-mat.mtrl-sci
A structural study of hcp and liquid iron under shock compression up to 275 GPa
本研究结合纳秒激光冲击压缩与原位皮秒X射线衍射，测得铁在高达275 GPa下的结构数据，确定其完全熔化点为258(8) GPa，测得最大熔化潜热为623 J/g，表明内核凝固对地磁发电机能量贡献小于预期。
2023-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Structure and growth of titanium buffer layers on Al2O3(0001)
用原位反射高能电子衍射（RHEED）研究了室温下α-Al 2 O3（0001）表面钛膜的结构。观察到钛的α相随着Ti（0001）的生长而生长||Al2O3（0001），Ti[1100]|| Al 2 O3 [2110]和Ti[1010]|| Al 2 O3 [1100]外延。对于高达6 nm厚的膜，发现另一种结构与α-Ti共存。它的存在有戏剧性的后果润湿的银，这部分地解释了非平凡的缓冲作用的钛在银/氧化铝界面。根据RHEED数据，额外的结构被指定为高压六方ω-Ti相。紧束缚的总能量计算支持了这一点，表明ω相实际上可以被α-Al 2 O3（0001）衬底稳定。
2004-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation of titanium nanoparticles in an oxygen-starved environment, II: Theory
纯钛纳米颗粒在低压溅射等离子体中的成核和生长被认为基本上是不可能的。添加杂质，如氧气或水，有助于这一点，并允许纳米颗粒的生长。然而，似乎这条路线需要如此高的氧密度，以致于无法合成六方aTi相的金属纳米颗粒。在这里，我们提出了一个模型，它解释了钛纳米粒子的成核和生长的反应性杂质的情况下的结果。在这些实验中，加入了高分压的氦气，这增加了在成核发生的区域中的工艺气体的冷却速率。这一点很重要，原因有二。首先，降低的气体温度增强了Ti2二聚体的形成，这主要是因为较低的气体温度提供了较高的气体密度，这减少了Ti蒸气通过扩散的稀释。同样的效果也可以通过增加气体压力来实现。第二，降低的气体温度在降低纳米颗粒从二聚体生长到它们在热力学上稳定的尺寸r* 期间从纳米颗粒原子蒸发的速率方面具有“超过指数”的效果。我们表明，这种早期阶段的蒸发是不可能的模型作为一个热平衡。相反，必须考虑蒸发过程的单事件性质。与直觉相反，这导致纳米颗粒的蒸发概率在临界纳米颗粒温度以下恰好为零，该临界纳米颗粒温度取决于尺寸。总之，上述机制解释了在无氧环境中实验发现的成核极限。首先，二聚体形成的压力存在下限。第二，气体温度有一个上限，超过这个上限，蒸发就不可能进一步生长成稳定的核。
2018-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Titanium Contacts to Graphene: Process-Induced Variability in Electronic and Thermal Transport
接触电阻（RC）是石墨烯器件性能的主要限制因素。RC对界面的质量和接触的组成敏感，这受到石墨烯转移过程和接触沉积条件的影响。在这项工作中，观察到的Ti接触，其特征在于由X射线光电子能谱学的组合物之间的线性相关性，和Ti/石墨烯（Gr）的接触电阻测量的转移长度的方法。我们发现，接触组合物是可调的，通过沉积速率和基础压力。反应器底部的压力被发现的效果所得到的接触电阻。接触沉积条件对热传输测量的时域热反射的影响也报道和较高的氧化物组合物的界面出现导致在一个较低的热边界电导。这种热边界电导与氧化物组合物的变化可能的起源进行了讨论。
2017-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Absence of lattice strain anomalies at the electronic topological transition in zinc at high pressure
六方密排（hcp）元素锌的高压结构畸变一直是一个有争议的问题。早期的实验结果和理论表明，在大约10 GPa的压力下，锌的晶格应变出现了很大的异常，这在理论上可以用费米表面拓扑结构的变化来解释。后来的流体静力学实验没有发现这种异常，导致理论和实验之间的差异。我们已经计算了六方晶系锌的压缩和晶格应变在很宽的压缩范围内使用线性增广平面波（LAPW）方法，特别注意k点收敛。我们发现，晶格应变的行为是强烈依赖于k点采样，并与大k点集之前计算的晶格参数压缩下的异常消失，与最近的实验。
2000-10-16 cond-mat.mtrl-sci
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
High-Pressure XRD Study of Ti-3Al-2.5V Titanium Alloy: Intermediate Transition Pressure and Composition Trends in Ti-Al-V Alloys
Universitat de València（瓦伦西亚大学）；Geosciences Barcelona (GEO3BCN-CSIC)（巴塞罗那地球科学研究所（GEO3BCN-CSIC））；CELLS-ALBA Synchrotron Light Facility（CELLS-ALBA同步辐射光源设施）；AWE（英国原子武器研究院）
研究通过高压XRD探讨了钛-铝-钒合金的结构稳定性，发现钛-3铝-2.5钒在17-19 GPa发生相变，Al和V含量增加使转变压力升高，弹性质与相稳定性解耦。
2026-05-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ab initio High-Pressure Phase Diagrams of Al-Mg Alloys in the Low Solute Concentration Limit
University College London（伦敦大学学院）；AWE Nuclear Security Technologies（阿韦核安全技术公司）；London Centre for Nanotechnology, University College London（伦敦大学学院纳米技术研究中心）；Dipartimento di Fisica Ettore Pancini, Università di Napoli Federico II（那不勒斯费德里科二世大学埃托雷·潘奇尼物理系）
该研究采用从头算方法计算了Al-Mg合金低压溶质极限下的高压相图，揭示了富Mg侧Al的固液分配随压力反转的新规律，对行星内部模型有重要意义。
2026-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical predictions of melting behaviors of hcp iron up to 4000 GPa
铁的高压熔化图是行星内部地球动力学建模的重要组成部分。尽管如此，现有的铁水数据显示出惊人的差异。在此，我们提出了一种有效的单相方法来捕捉极端条件下的铁的固-液转变。我们的基本思想是将统计矩方法推广到TPa区域来确定铁的密度。在此基础上，我们采用功-热等效原理将状态方程参数与熔化性质适当地联系起来。这种策略可以解释尖端的实验和从头算结果，而无需大量的计算工作量。我们的理论计算将有助于限制地球和超级地球的化学成分，内部动力学和热演化。
2022-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen related defects in titanium dioxide at the interface to palladium
金属氧化物载体和催化活性金属是用于多相催化的复合催化剂的两种主要成分。气体环境可以在反应过程中改变催化剂，改变其结构和电子性质。在这里，我们使用单色电子能量损失谱（EELS）揭示氢压力依赖的电子结构的变化在Pd/金红石-TiO $_2$界面在环境透射电子显微镜（ETEM）。在Ti $L_{3,2}$ EEL谱中，在$10$ ~Pa的氢压下，在距离界面$_2$ ~nm的范围内观察到了氢致的变化。较低的压力如$1$ ~Pa在EEL谱中没有显示变化。我们把EEL光谱中观察到的变化归因于氢致缺陷在界面附近的积累。基于密度泛函理论，我们建立了金红石-TiO $_2$界面和体相的热力学多态缺陷（TMD）模型。该TMD模型预测在界面处积累高浓度的带正电荷的缺陷。肖特基势垒的存在通过显著降低它们的形成能来稳定这些缺陷。我们的研究结果提供了重要的新见解发生在金属/金属氧化物界面在氢气环境中的催化过程。
2021-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Oxygen on Hydrogen Diffusivity in hcp-Zirconium
锆及其合金是核反应堆中广泛使用的包壳材料。它们在反应器的苛刻工作条件下容易发生氢降解，这就需要对氢化物浓度进行连续监测。在压力管寿命的后期阶段存在氢化物洁净区，这阻碍了通过从压力管表面刮取样品进行的监测过程。我们研究了氧对氢在hcp-Zr中的扩散率的影响，以检查氧减缓氢的扩散从而鼓励氢化物剥蚀区的发生的假设。从研究中，我们发现，氧确实降低了氢在hcp-Zr中的扩散率为中等O浓度，支持这一假设。我们研究了单个H原子的扩散过程，结果表明，扩散率的降低是由跳跃率的降低和几个间隙位点的组合形成的氢陷阱引起的。
2019-09-05 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Revisiting Phase Transitions of Yttrium: Insights from Density Functional Theory
The Maharaja Sayajirao University of Baroda（瓦多达拉玛哈拉贾·萨亚吉罗大学）；Warsaw University of Technology（华沙理工大学）；Cardinal Stefan Wyszyński University in Warsaw（华沙斯特凡·维辛斯基红衣主教大学）；Bialystok University of Technology（比亚韦斯托克理工大学）
本文通过密度泛函理论研究低压力下氧化钇的相变，发现r²SCAN功能在预测相变压力方面更准确，揭示振动不稳定性驱动相变。
2025-02-11 cond-mat.mtrl-sci
