The substitutional atomic distance model for predicting lattice thermal conductivity in alloys
School of Energy and Power Engineering, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学能源与动力工程学院）；College of Science, National University of Defense Technology（国防科技大学理学院）
提出替代原子距离模型，通过SiGe和InGaAs合金验证，准确预测热导率，揭示合金散射主导热导降低机制。
2026-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Phonon transport in single-layer Mo1-xWxS2 alloy embedded with WS2 nanodomains
二维（2-D）过渡金属二硫属化合物（TMD）具有许多有趣的物理和化学性质，使其成为电子、光电和能源应用的理想材料。调节二维（2-D）材料的热导率可以扩展它们在许多这些领域中的适用性。在本文中，我们提出了一种策略，使用合金化和纳米畴抑制2-D材料的热导率。为了预测嵌入纳米畴的2-D合金的热导率，我们采用格林函数方法来评估由于合金化和纳米畴嵌入的声子散射强度。我们的第一性原理驱动的声子玻尔兹曼输运方程计算表明，单层二硫化钼的热导率可以降低到小于十分之一的本征热导率后，合金与W和引入纳米畴由于强散射的高和低频声子。并讨论了进一步降低导热系数的策略。
2016-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Study of the composition dependence of the ionic conductivity of LiH_{x}D_{1-x} alloys
最近的观察表明，在离子晶体的固溶体AgCl $_x$ Br $_{1-x}$、AgCl-CdCl $_2$、AgBr-CdBr $_2$的一定组成下，电导率表现出明显大于末端组分的电导率的值。在这里，我们调查的电导率$σ$的LiH $_x$ D $_{1-x}$固溶体-这是在燃料储氢应用中的突出的重要性-并发现，在整个组合物范围内没有最大值可能发生在$σ$与x的依赖性。
2017-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Gamma-irradiation influence on the initial magnetic conductivity of based on the system Fe-Si-B amorphous and nanocrystalline alloys
采用电感因子测定法研究了Fe-Si-B非晶和纳米晶合金的初始磁导率μi与γ辐照剂量的关系。结果表明，非晶态Fe-Si-B合金经Ni和Mo合金化后，μi的辐射灵敏度提高。与合金化金属玻璃相比，纳米晶磁性合金的初始磁导率对γ辐照的敏感性较低。研究表明，辐照对初始磁导率的影响是由于在金属玻璃的结构中以及纳米晶合金的非晶基体中产生了非磁性结合。
2012-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Low thermal conductivity of iron-silicon alloys at Earth core conditions with implications for the geodynamo
地核由铁（Fe）与轻元素合金组成，例如，硅（Si）。它的导热性对地球的热结构、演化和动力学有着至关重要的影响，因为它控制着维持地球历史上地球发电机所需的热量和成分来源的大小。在这里，我们直接测量固体Fe和Fe-Si合金的热导率高达144 GPa和3300 K。在132 GPa和3000 K下，15at%的Si合金化在Fe中显著地降低了其电导率约2倍。含有15at% Si的外芯的电导率约为20 W m-1 K-1，在类似的压力-温度条件下低于纯Fe。这表明，一个较低的最小热流，约3太瓦，通过核幔边界比以前预期的，因此更少的热能需要操作的地球发电机。我们的研究结果提供了内核年龄可能超过20亿年的关键限制。
2020-06-12 cond-mat.mtrl-sci
An investigation of high entropy alloy conductivity using first-principles calculations
Kubo-Greenwood方程结合第一性原理Korringa-Kohn-Rostoker相干势近似（KKR-CPA）可以计算T = 0 K时无规合金的直流剩余电阻率。我们实现了这种方法在一个基于多重散射理论的从头算软件包，MuST，并将其应用到高熵合金Al $_x$ CoCrFeNi的剩余电阻率作为$x$的函数的从头算研究。计算的折射率与实验数据进行了比较。我们还预测了难熔高熵合金MoNbTaV $_x$ W的剩余电阻率。计算的电阻率趋势也解释了使用理论参数。
2021-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Combined ab initio and empirical model of the thermal conductivity of uranium, uranium-zirconium, and uranium-molybdenum
在这项工作中，我们开发了一个实用的和一般的金属和金属合金的热导率建模方法，集成从头算和半经验物理为基础的模型，以最大限度地发挥这两种技术的优势。该方法支持创建高精度，机械，可扩展的合金导热率建模。该模型在先进核反应堆潜在燃料--α-U和富U的U-Zr和U-Mo合金上得到了验证。铀基燃料的安全使用需要对燃料的热传输特性有定量的了解。该模型结合了声子和电子的贡献，在很宽的温度范围内与实验数据显示出良好的一致性，并提供了对不同温度下控制热导率的不同物理因素的洞察。该模型足够通用，可以包含更复杂的效应，如额外的合金物质、缺陷、嬗变产物和惰性气体气泡，以预测复杂金属合金（如铀合金燃料系统）在燃耗下的行为。
2018-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Lattice thermal conductivity of disordered binary alloys : a formulation
本文提出了一种计算无规合金组态平均晶格热导率的公式。我们的配方是基于增广空间定理，介绍了我们中的一个，结合广义图解技术。图解方法在很大程度上简化了包括无序校正的影响的问题。该方法使我们能够获得一个表达式的有效热流的情况下，无序的合金，这反过来又是用于库博-格林伍德型公式的热导率。我们表明，无序散射重整化的声子传播以及热流。对电流项的修正与传播子的自能有关。我们还研究了简化梯形图近似中顶点修正的效果。定义了一个模式依赖的扩散率$D_γ$，然后在不同的模式平均的总热扩散率。实施方案，所述形式主义进行了讨论。给出了NiPd合金晶格热导率随频率和温度变化的一些初步数值结果，并与实验结果进行了比较。我们还显示了数值结果的频率依赖性的热扩散率平均模式。
2005-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Mode- and Space- Resolved Thermal Transport of Alloy Nanostructures
纳米结构的半导体合金由于声子的散射而获得超低的热导率，具有宽范围的平均自由程（MFP）。在这些材料中，长MFP声子分散在纳米尺度的边界，而短MFP高频声子被合金化引入的无序点缺陷所阻碍。虽然这一趋势已被简化的分析和数值方法所证实，但从头算空间分辨方法仍然难以捉摸。为了填补这一空白，我们计算的导热系数降低多孔合金通过求解模式分辨玻尔兹曼输运方程的声子使用有限体积法。我们分析了不同的合金，长度尺度，浓度和温度，在整个配置空间的热导率获得了非常大的减少。例如，对于孔隙率为25%的Al $_{0.8}$ In $_{0.2}$ As，发现约97%的减少。此外，我们采用这些模拟来验证我们最近引入的“弹道修正模型”（BBM），这是一种使用块体合金的特征MFP和材料的长度尺度来估计有效热导率的方法。然后，该模型被用来提供设计合金基纳米结构的指导原则。值得注意的是，它阐明了多孔合金，如Si $_{x}$ Ge $_{1-x}$如何获得比多孔Si或Ge更大的热导率降低，同时也解释了为什么我们不应该期望在合金中有类似的行为，如Al $_{x}$ In $_{1-x}$ As。通过考虑不同尺度下散射的协同作用，我们为超低热导率材料的设计提供了一条途径。
2022-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-wide-band-gap group-III nitrides are of interest for applications in deep-ultraviolet optoelectronics and power electronics. Such devices must be able to efficiently dissipate heat generated from their operation, making the thermal conductivity of the constituent materials an important parameter for high-power applications. We have investigated the phonon-limited thermal conductivity of AlN, GaN, and Al$_x$Ga$_{1-x}$N using first-principles calculations, with a focus on the effects of compositional and isotopic disorder. Our Boltzmann-transport-equation calculations show that the maximum…
2019-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Thermal Transport in Phase-Transition Layered 2D Alloys WSe2(1-x)Te2x
过渡金属二硫属化物（TMD）合金由于其可调的电子性质，特别是双金属相变，以及在固态存储器和热电材料中的潜在应用，近年来引起了人们的极大兴趣。然而，层状二维（2D）TMD合金的热导率仍然在很大程度上未被探索，尽管它在TMD使能设备的可靠性和功能性中起着关键作用。在这项工作中，我们研究了温度依赖的各向异性热导率的相变二维TMD合金WSe 2（1-x）Te 2 x在两个面内方向（平行于基面）和交叉平面方向（沿c轴）使用时域热反射测量。在WSe 2（1-x）Te 2x合金中，由于不同声子模式之间的非平衡输运，观察到跨平面热导率取决于加热频率（泵浦激光的调制频率）。利用双通道热传导模型，我们提取了各向异性导热系数在平衡极限。当x从0.4增加到0.6时，由于层状2D合金中从2 H到Td相的相变，观察到交叉平面和面内热导率的明显不连续性。与原始的2 H WSe 2和Td WTe 2相比，由于原子无序，TMD合金的热导率的温度依赖性变得较弱。这项工作作为一个重要的起点，探索声子输运层状2D合金。
2018-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Emergent spin Hall conductivity in Tantalum-Rhenium alloys
本文研究Ta-Re合金的自旋霍尔电导率，发现约60 at.% Ta时因费米能级调控而显著增强，并用太赫兹发射实验和刚性能带模型验证了该增强效应。
2025-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Exchange Mediated Interaction of Dislocations and Deformation Hardening of Invar Alloys
我们提出了一个解释中观察到的异常行为的变形硬化的因瓦。一个非常强的体积磁致伸缩，典型的因瓦，结果在增强的交换贡献的能量的位错系统的约三个数量级的相对于其在传统的铁磁性的值。在因瓦合金中，单个位错的自能和它们之间的相互作用（通常仅由弹性形变决定）都被交换能的贡献大大削弱。这一事实解释了在第二阶段的变形硬化率的强烈抑制，以及其强烈的温度和内容的依赖性在因瓦。
2000-12-04 cond-mat.mtrl-sci
First-principles quantitative prediction of the lattice thermal conductivity in random semiconductor alloys: the role of force-constant disorder
对半导体合金的晶格热导率$κ_{\ell}$的标准理论理解假定质量无序是声子散射的最重要来源。与此相反，我们表明，迄今为止被忽视的贡献的力常数（IFC）的障碍是必不可少的准确预测的$κ_{\ell}$的极性化合物，其特征在于一个复杂的原子尺度结构。我们发展了一种基于特殊的准随机结构和格林函数的\emph{ab initio}方法，并包括IFC无序的作用，并应用它来计算$\mathrm{In_{1-x}Ga_xAs}$和$\mathrm{Si_{1-x}Ge_x}$合金的$κ_{\ell}$。我们发现，虽然对于$\mathrm{Si_{1-x}Ge_x}$，声子合金散射主要由质量无序，对于$\mathrm{In_{1-x}Ga_xAs}$，IFC无序的列入是基本的，以准确地再现实验观察到的$κ_{\ell}$。由于大多数III-V族和II-VI族随机半导体合金都存在复杂的原子尺度结构，因此我们希望我们的方法适用于广泛的材料。
2017-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of spin Hall conductivity in W-Ta alloy
通过重金属中的自旋霍尔效应产生纯自旋电流是近十年来的一个活跃的研究课题。为了减少有效地切换相邻铁磁层以用于应用所需的能量，不仅应该增加电荷-自旋转换效率，而且还应该降低重金属的纵向电阻率。在这项工作中，我们研究了自旋霍尔电导率在W_{1-x} Ta_{x} / CoFeB / MgO（x = 0 - 0.2）使用自旋扭矩铁磁共振测量。将W与Ta合金化后，样品的有效自旋霍尔角（从-0.15到-0.3）和纵向电阻率（60 - 120 μW·cm-1）都发生了2倍的变化。当Ta含量为11%时，自旋霍尔角达到-0.3，纵向电阻率为100 μW·cm-1，这使得这种W基合金的功耗非常低。这项工作表明，溅射沉积的W-Ta合金可能是一种有前途的高能效自旋电流产生材料。
2020-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Optimizing phonon scattering by tuning surface-interdiffusion-driven intermixing to break the random-alloy limit of thermal conductivity
利用非平衡分子动力学模拟结合光谱热流计算，研究了超晶格（SL）的跨面热导率$κ$随界面从完全突变到完全混合的演化.我们强调的作用，表面相互扩散驱动的混合通过计算的$κ$ SL与变化的界面粗糙度，其调整允许的$κ$值远低于“合金极限”和突然的界面极限在相同的情况下。不同频率范围内合金和界面散射之间的相互作用为预测热导率的最小值提供了物理基础。更具体地说，我们还探讨了界面粗糙度如何影响SL材料的热导率具有广泛的原子质量和键强度的跨度。特别地，我们发现：（i）只有当SL的“间隔物”厚度增加到临界值时，粗糙SL的$κ$才能突破相应的“合金极限”。(ii)$κ$是否随界面粗糙度单调变化，在很大程度上取决于SL材料的声子输运周期长度和本征行为。特别地，对于大周期的SL，存在一个最佳的界面粗糙度，使热导率最小。(iii)表面相互扩散驱动的混合是更有效地实现低$κ$低于合金极限的SL材料与大的质量失配比小。(iv)对于具有大晶格失配的SL材料（即，结合强度）来设计具有远低于“合金极限”的$κ$的理想突变界面结构。这些结果对优化热传输的热管理和热电材料的发展具有明确的意义。
2019-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy-mediated complex phase selection in high entropy alloys
采用原位高能X $-$射线衍射、单晶X $-$射线衍射和基于密度泛函理论的电子结构方法研究了Ti-Zr-Hf-Al高熵合金中的相选择，并预测了合金的形成焓和化学短程有序（SRO）.具有不同Al含量的样品进行合成、表征和计算评估以确定组合物依赖的相选择，因为增加的Al含量通常充当体心立方结构的稳定剂。等原子TiZrHfAl由于其观察到的bcc超结构而特别令人感兴趣-$γ-$黄铜的变体，每个晶胞具有4个空位（而不是$γ-$黄铜中的2个）。我们强调空位排序如何介导选择这种变体的$γ-$黄铜，这是由空位原子SRO，大大抑制所有原子SRO驱动。由于空缺是固有的处理耐火系统，我们预计，类似的发现等待在其他高熵合金或在重温旧的实验数据。
2020-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Optical phonon modes assisted thermal conductivity in p-type ZrIrSb Half-Heusler alloy: A combined experimental and computational study
具有18价电子数的半赫斯勒（HH）合金在与热电相关的研究领域引起了极大的兴趣。了解这些具有半导体基态的系统所表现出的新颖的输运性质是该领域的一个重要焦点。大多数HH合金显示的大热导率在改善品质因数（ZT）方面具有主要障碍。此外，了解重组分HH合金的热传导机制是一个有趣的方面。本文通过实验研究、声子色散和电子能带结构计算，研究了ZrIrSb的高温热电性能。发现ZrIrSb在室温附近表现出明显较低的电阻率和Seebeck系数，这是由于Ir/Sb和空位之间存在反位无序。有趣的是，在ZrIrSb中，晶格热导率由声学和低频光学声子模式之间的耦合决定，该耦合源于较重的Ir/Sb原子。由于带边界附近的光学声子激发，这种耦合导致Umklapp过程的增强，导致\k{appa} L的较低幅度。我们的研究指出，在一个简单的单胞内同时存在两个重质量元素可以大大降低晶格自由度。
2021-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Optical conductivity in disordered alloys : an approach via the augmented space recursion
本文计算了无规二元合金CuAu和AgAu的组态平均电导率。我们的公式是基于Mookerjee [J. Phys. C：Solid State Phys. { \bf 6} 1340（1973）]提出的增广空间形式主义，并且通过Viswanath和Müller [“The user friendly recursion method”，Troisieme Cycle de la Physique，en Suisse Romande（1993）]提出的递归过程直接获得光学电导率。
2005-12-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Native surface oxide turns alloyed silicon membranes into nanophononic metamaterials with ultra-low thermal conductivity
在纳米尺度上详细了解微观结构和声子传播之间的关系对于设计具有所需声子和热性能的材料是必不可少的。在这里，我们揭示了表面氧化膜中声子相互作用的新机制，即，天然氧化物层通过局部共振与超薄硅膜中的声子相互作用。局域共振降低了低频声子群速度，缩短了它们的平均自由程，这一效应为超低热导率设计开辟了一条新的途径，因为它补充了散射机制，有效地散射了高频模式。天然氧化层和与浓度低至5%的锗合金化的组合将硅膜的热导率降低至比本体低100倍。此外，由原生氧化物表面层产生的共振机制对于热介电性降低特别有效，即使在非常低的温度下也是如此，在该温度下仅填充低频模式。
2017-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Spin-mediated charge-to-heat current conversion phenomena in ferromagnetic binary alloys
自旋介导的电荷-热电流转换现象，即，研究了室温下Ni-Fe、Ni-Pt、Ni-Pd和Fe-Pt等铁磁二元合金的反常Ettingshausen效应（AEE）和各向异性磁珀耳帖效应（AMPE）。当充电电流施加到铁磁导体时，AMPE根据充电电流和磁化方向之间的角度调制Peltier系数，而AEE在垂直于充电电流和磁化的方向上产生热流。我们观察到这些现象的热电转换系数和品质因数的强烈材料依赖性。在本研究中使用的铁磁合金中，Ni $_{95}$ Pt $_{5}$表现出最大的AMPE，其Peltier系数的各向异性为$\sim 12\%$。相比之下，Ni $_{95}$ Pt $_{5}$中的AEE信号幅度适中，但Ni $_{75}$ Pt $_{25}$和Ni $_{50}$ Fe $_{50}$中的AEE信号幅度最大。我们通过探索这些电荷-热流转换现象与其他输运和磁性之间的关系来讨论这些行为。该系统的研究将为阐明AMPE和AEE的机理和提高这些现象的热电转换效率提供线索。
2020-03-26 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of disordered half-Heusler alloys \textit{X}Fe$_{0.5}$Ni$_{0.5}$Sn (\textit{X} = Nb, Ta) as thermoelectric prospects
半Heusler合金的高晶格热导率一直是热电应用的主要瓶颈。无序的半赫斯勒合金可能是解决这一困境的一个合理选择。在本文中，利用第一性原理模拟，我们已经证明了低晶格热导率在两个这样的阶段，NbFe $_{0.5}$ Ni $_{0.5}$ Sn和TaFe $_{0.5}$ Ni $_{0.5}$ Sn相比，众所周知的半赫斯勒合金TiCoSb。我们跟踪低热导率的短声子寿命，起源于声学和低位光学声子之间的相互作用。我们建议纳米结构作为进一步降低晶格热导率的有效途径。我们进一步预测这些合金可以在400-600~K的温度范围内和载流子浓度小于10 $^{21}$载流子cm $^{-3}$的情况下得到最佳的应用。与TiCoSb相比，我们发现NbFe $_{0.5}$ Ni $_{0.5}$ Sn和TaFe $_{0.5}$ Ni $_{0.5}$ Sn的$ZT$中$\sim$分别增强35%和17%。我们对这些发现持乐观态度，并相信这些材料将吸引实验研究。
2023-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Dopant-segregation to grain boundaries controls electrical conductivity of n-type NbCo(Pt)Sn half-Heusler alloy mediating thermoelectric performance
未来热电材料的科学驱动设计需要深入了解微观结构和传输特性之间的基本关系。多晶材料中的晶界通过空间电荷效应引起的声子散射或电子俘获来影响热电性能。然而，目前缺乏对晶界相关特征的仔细研究，阻碍了性能的进一步优化。在这里，我们研究了n型NbCo 1-xPtxSn半Heusler合金，这是通过球磨和放电等离子烧结（SPS）合成的。在一个样品上进行SPS后退火，导致改善的低温电导率。用电子显微镜和原子探针断层扫描对两种样品的显微结构进行了观察。退火后，晶粒尺寸从约230 nm增大到约2.38 μm。Pt被发现在晶粒内和晶界处，在那里它局部地降低电阻率，如通过原位四点探针电导率测量所评估的。我们的工作展示了微观结构和电导率之间的相关性，通过调整晶界的化学成分为未来的微观结构优化提供了机会。
2021-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio theory of the spin-dependent conductivity tensor and the spin Hall effect in random alloys
我们提出了一个扩展的相对论电子输运理论的标准（电荷）的随机合金的电导率张量的紧束缚线性松饼-锡轨道方法的所谓的自旋相关的电导率张量，它描述了Kubo的线性响应的自旋电流外部电场。该方法是基于有效的电荷和自旋电流运营商，对应于intersite电子输运和nonrandom，这简化了配置平均的相干势近似的装置。特别注意的是费米海项的自旋相关的电导率张量，其中包含一个非零的非相干部分，在标准的电导率张量。所开发的形式主义适用于自旋霍尔效应在二元无规doppler合金，无论是在模型水平上，并为Pt基合金的面心立方结构。我们表明，自旋霍尔电导率由三个贡献（一个内在的和两个外在的）表现出不同的浓度依赖性在稀释极限的合金。所选的Pt合金（Pt-Re，Pt-Ta）的结果导致自旋霍尔角约0.2，这些相当大的值得到的组合物，属于热力学平衡相。因此，这些合金可以被认为是用于有效电荷到自旋转换的其它系统的替代物，所述其它系统通常是亚稳晶体或金属玻璃。
2019-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Weyl semimetal phases and intrinsic spin-Hall conductivity in SbAs ordered alloys
研究发现Sb₁₋ₓAsₓ有序合金在所有破缺反转对称的As组分下均存在WSM相，具12个外尔点及大自旋霍尔电导率，且Sb₀.₅As₀.₅与GaAs(111)近晶格匹配，有望集成传统半导体。
2025-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Lattice thermal conductivity of disordered NiPd and NiPt alloys
本文对二元合金NiPd和NiPt的晶格热导率进行了数值计算。目前的工作是我们的早期论文的延续[PRB，72，214207（2005）]，该论文已经开发了一个理论框架，用于计算无序合金中的构型平均晶格热导率和热扩散率。该公式是根据增广空间定理结合散射图技术。在本文中，我们将显示依赖于一系列变量，如声子频率，温度和合金成分的晶格热导率。讨论了$κ(T)$的温度依赖性及其与热导率的关系。$κ$的浓度依赖性似乎证明了Kittel、Slack等人所讨论的最小热导率的概念。我们还研究了频率和成分的依赖性的平均模式的热扩散率。该量的数值估计给出了关于迁移率边缘的位置和离域的频谱中的状态的分数的想法。
2006-04-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Improved model for the thermal conductivity of binary metallic systems
我们扩展和修正莫特的两个波段模型的组成依赖性的热导率和电导率在二元金属合金的基础上高通量时域热反射（TDTR）测量扩散倍数和散射密度计算从第一原理。检查PdAg，PtRh，AuAg，AuCu，PdCu，PdPt和NiRh二元合金，我们发现，在莫特模型中考虑的两个主要的散射带的性质随合金的变化，并应被解释为占主导地位的元素特定的s-和/或d-轨道的组合。使用计算的轨道和元素分辨的状态密度值计算与密度泛函理论作为输入，我们确定了正确的轨道混合，占主导地位的电子散射的所有检查合金，并发现拟合模型和实验之间的良好协议。建议的电阻率的组成依赖性的描述可以很容易地实现到CALPHAD框架。
2016-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Synergetic enhancement of power factor and suppression of lattice thermal conductivity via electronic structure modification and nanostructuring on Ni and B co-doped p-type Si-Ge alloy
为了同时实现高功率因数和低晶格热导率的硅锗基热电材料，我们采用，在这项研究中，建设性地修改电子结构附近的化学势和纳米结构的低温和高压烧结纳米晶体粉末。掺杂镍以在价带边缘附近产生杂质态，用于提高功率因数，掺杂硼以调节载流子浓度。采用机械合金化和低温高压烧结工艺制备了名义成分为Si_（0.65-x）Ge_（0.32）Ni_（0.03）B_x（x = 0.01，0.02，0.03和0.04）的纳米结构样品。塞贝克系数达到321 μVK-1，电阻率为4.49 mΩcm，在1000 K时功率因数达到2.3 Wm-1 K-2。在1000 K时，Si_（0.65-x）Ge_（0.32）Ni_（0.03）B_（0.03）的热导率降低到1.47 W_m ~（-1）K ~（-1），ZT值达到1.56
2021-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of phosphorus effect on vacancy-mediated process in nickel alloys - an insight into Ni2Cr ordering
镍-铬合金中长程序的发展具有很大的技术意义，但对其转变的动力学和机制知之甚少。本文采用计算和实验相结合的方法研究了磷对Ni-Cr合金中化学计量比Ni_2Cr有序化速率的促进作用。制备了一系列Ni-33% Cr-x%P样品（以原子百分比计），其中磷浓度x = <0.005-0.1原子%。并在373和470°C之间老化长达3000小时。第一性原理模型认为fcc Ni与稀P作为一个合理的近似复杂的Ni-Cr-P合金系统。计算结果表明，通过与磷原子相关的空位的连续交换和旋转跳跃的空位溶质对扩散的空位输运的显着增强。这两种迁移路径的能垒至少比纯Ni溶剂中空位原子交换的能垒低0.35 eV。分析扩散模型预测，对于0.1at.%，P在400-500°C。模型预测结果与显微硬度的变化趋势吻合较好。我们用动力学有序化模型表征了显微硬度的结果，表明有序化转变的激活能显著降低。这些结果有助于衡量工业合金发展长程序的风险，这种长程序增加了强度，但降低了延展性和韧性。微量合金化元素与多余空位结合，降低空位迁移势垒，可显著促进Ni_2Cr沉淀硬化。
2019-04-22 cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation on diffusion mechanism of alloying elements in dilute Zr alloys
杂质在Zr中的扩散对于Zr合金的许多应用，特别是对于它们在核反应堆包壳中的应用是潜在重要的。然而，关于哪些元素是空位与间隙扩散体，目前存在显著的不确定性，这可以抑制对它们在不同温度、辐照和合金化条件下的行为的理解和预测。因此，采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，预测了14种替代型合金元素在六方密排Zr中的稀杂质扩散系数随温度的变化.用八频率模型对空位介导的扩散进行建模。间隙的扩散的贡献估计从间隙的形成和选择迁移能量。在9个高对称性间隙网站的每个杂质的形成能进行了测定，包括显着的影响热膨胀。每个溶质在HCP锆中的主导扩散机制被确定在计算的空位介导的活化能，间隙活化能的下限和上限，和形成熵，提出了一个粗略的溶质的金属半径的关系。据预测，Cr，Cu，V，Zn，Mo，W，Au，Ag，Al，Nb，Ta和Ti都主要通过间隙机制扩散，而Hf，Zr和Sn可能主要是在低温下的空位介导扩散体和在高温下的间隙扩散体，尽管这些元素在高温下的机制的识别是相当不确定的。
2018-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Diameter dependence of SiGe nanowire thermal conductivity
理论计算了SiGe合金纳米线的热导率随纳米线直径、合金浓度和温度的变化关系，得到了与实验结果相一致的定量结果。我们的研究结果占较弱的直径最近观察到的Si $_{1-x}$ Ge $_x$纳米线（$x<0.1$）的热导率的依赖性，相比纯Si纳米线。我们还提出了在全范围内的合金浓度，$0 \leq x \leq 1$，这可能作为一个基础，与未来的实验比较高合金浓度纳米线的计算。
2011-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Compositionally-modulated Si1-xGex multilayers with cross-plane thermal conductivity below the thin-film alloy limit
我们描述的外延Ge/Si多层膜的跨平面的热导率，可以系统地降低到非常低的值，相比，无论是与体和薄膜SiGe合金的相同的平均浓度，通过简单地改变组成层的厚度。从头计算表明，部分相互扩散的Ge到Si的间隔，这自然会导致Ge偏析生长过程中，起着决定性的作用，降低导热系数低于可以实现没有相互扩散（完美的超晶格），或与总的相互扩散（合金限制）。这种现象类似于先前在具有嵌入式纳米颗粒的合金中观察到的现象，并且它强调了同时结合合金和纳米尺寸的散射体以最小化热导率的重要性。因此，我们的计算表明，超晶格与尖锐的界面，这是常见的，但难以实现，比成分调制的Si1-xGex多层膜在寻找超低热导率的材料。
2013-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Microstructural engineering by heat treatments of multi-principal element alloys via spinodal mediated phase transformation pathways
本研究利用高通量相场模拟系统探究了单步等温时效、两步等温时效和连续冷却等热处理方案对多主元合金调幅介导相变路径及微观结构的影响，发现连续冷却可反转微观结构拓扑，两步时效能设计出新型分层结构，为微观结构工程提供启示。
2023-04-10 cond-mat.mtrl-sci
High thermoelectric power factor in Ni-Fe alloy for active cooling applications
本研究通过机器学习筛选出Ni-Fe合金，其热电功率因数在200K时高达120 μW/{cm.K^2}，且有效热导率在250K以上超过纯铜，适用于主动冷却。
2025-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Effect of biaxial strain and composition on vacancy mediated diffusion in random binary alloys: A first principles study of the SiGe system
我们提出了一个系统的研究结果，使用密度泛函理论（在局域密度近似下）的双轴应变和成分的影响上的Si和Ge的自扩散SiGe合金扩散的空位机制。双轴应变依赖的空位形成能与以前的计算重新确认。计算了双轴应变对置换Ge原子与空位相互作用势能的影响。这些计算被用来估计的激活能的变化（由于双轴应变）的自扩散的Si和Ge在Si中的空位机制。计算了空位形成能随组成的变化关系。通过明确考虑第一近邻位置的影响和平均场近似下其他位置的影响，系统地建立了不同局域环境下空位迁移的从头算迁移能垒数据库.基于迁移能垒数据库进行了动力学蒙特卡罗模拟，以确定Si和Ge在SiGe中扩散的激活能的依赖性（对成分）。利用KMC模拟的结果，对SiGe中相关因子随组分和温度的变化进行了详细的研究。这些分析构成了必要的积木，以了解在微观层面上的空缺介导的扩散过程的机制。
2002-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced THz emission from spintronic emitters with Pt-Al alloys
本文通过Pt-Al合金化提高电阻率以增强自旋霍尔角，从而改进Pt基自旋电子太赫兹发射器，实现太赫兹发射幅度提升67%。
2025-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Interface mediated mechanisms of plastic strain recovery in AgCu alloy
通过结合变形显微组织的透射电子显微镜分析和变形过程的分子动力学计算机模拟，揭示了银铜层之间的非相干孪晶或立方对立方界面和双层厚度为500 nm的大块AgCu共晶的塑性应变恢复机制。非相干孪晶界面的字符改变独特的动态压缩加载后表现出塑性应变恢复的样品，并被发现驱动恢复，这是由于位错回缩和重排的接口。随着应变的增加，位错缠结和位错胞结构的形成，回复的幅度减小。在立方对立方界面处没有发现取向关系的变化，并且这些在模拟中表现出较少量的塑性应变恢复，并且在具有较大层厚度且主要是立方对立方界面的样品中没有实验。分子动力学计算机模拟验证了非相干孪晶界面结构的变化作为位错湮灭在界面和塑性应变恢复的驱动力的重要性。
2017-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Probing the transport properties of Cantor-Wu alloys by means of femtosecond and nanosecond laser ablation
Munich University of Applied Sciences HM（慕尼黑应用科学大学）；University of Bristol（布里斯托大学）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；University of West Bohemia（西波希米亚大学）
研究以FeNi等Cantor-Wu合金为对象，通过飞秒与纳秒激光烧蚀实验结合第一性原理计算，揭示合金电子输运性质及磁相对其的依赖关系，发现单脉冲烧蚀阈值可作为非接触式灵敏探针。
2026-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Electrical resistivity, thermal conductivity, and viscosity of Fe-H alloys at Earth's core conditions
本研究通过第一性原理分子动力学模拟，探究了Fe-H合金在地球核部条件下的输运性质，发现H对电热输运影响小，主要降低密度，并给出核幔边界和内外核边界附近的热导率值。
2025-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Structural Disorder and Electronic Structure in Alloyed SrTiO3/SrFeO2.5 Compounds: A Theoretical Study
许多应用于燃料电池电极的混合离子/电子导体（MIEC）可以被认为是钙钛矿氧化物和有序氧空位化合物之间的合金。例如，在MIEC（STF）模型中，SrTiO_3晶格中存在低的氧扩散势垒，当其与本征氧缺陷的SrFeO_（2. 5）混合时，离子电导率可以得到很大的提高。同时，电子导电性可以通过控制合金的缺陷化学来优化。然而，这类合金的组态空间太大，难以直接进行原子建模，这阻碍了深入理解和预测建模。在本工作中，我们提出了一个团簇膨胀模型来描述无序SrTiO_3/SrFeO_（2.5）合金在Sr（Ti_（1-x），Fe_x）O_（3 -0.5x）（0<x<1）全固溶体成分空间内的能量学。用团簇展开蒙特卡罗模拟研究了原子的最低能量组态和晶格无序的起源。结合实际构型的表征，研究了不同化学计量比下合金的电子结构。我们发现用我们的原子模型计算的带隙随组分的演化与实验测量的结果是一致的。同时，带边分析表明，这种合金中的电子导电性可以促进Fe/Ti阳离子无序。以SrTiO_3/SrFeO_（2.5）合金为例，本文所采用的通用计算框架可以推广到其它相关的MIEC材料体系。
2018-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Alkali doping of Zn$_{\rm x}$Mg$_{\rm 1-x}$O alloys for $p$-type conductivity
针对超宽带隙氧化物空穴局域化限制$p$型导电的难题，本文发现碱金属掺杂的岩盐矿结构Zn$_{\ m x}$Mg$_{\ m 1-x}$O合金具有浅能级受主且不受施主补偿影响，带隙超4 eV，是实现$p$型掺杂的极具前景体系。
2025-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Toward 100% Spin-Orbit Torque Efficiency with High Spin-Orbital Hall Conductivity Pt-Cr Alloys
5d过渡金属Pt是用于在Pt/铁磁层（FM）异质结构中有效产生自旋-轨道力矩（SOT）的典型自旋霍尔材料。然而，长期以来，在巨大的工程努力下，Pt和Pt合金的类阻尼SOT效率（$ξ_{DL}$）仍然被限制为$ξ_{DL}$ <0.5。在这里，我们提出，与适当的合金元素，特别是3d过渡金属V和Cr，高自旋轨道霍尔电导率（$σ_{SH}{\sim}6.5{\times}10^{5}({\hbar}/2e)Ω^{-1}{\cdot} m^{-1}$）可以开发。特别是对于Cr掺杂的情况，Pt $_{0.69}$ Cr $_{0.31}$ /Co器件中极高的$ξ_{DL}{\sim}0.9$可以用$ρ_{xx}{\sim}133 μΩ{\cdot}cm$的中等Pt $_{0.69}$ Cr $_{0.31}$电阻率来实现。低临界SOT驱动开关电流密度的$J_{c}{\sim}3.2{\times}10^{6} A{\cdot}cm^{-2}$也被证明。Pt $_{0.69}$ Cr $_{0.31}$ /FM结构的阻尼常数（$α$）也被发现从纯Pt/FM情况下的0.078减小到0.052。这种Pt-Cr/FM异质结构的总体高$σ_{SH}$、巨大的$ξ_{DL}$、中等的$ρ_{xx}$和减小的$α$使其有希望用于通用的极低功耗SOT存储器应用。
2022-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Effects of colored disorder on the heat conductivity of SiGe alloys from first principles
本文基于密度泛函理论与 QHGK 方法研究随机及空间关联质量无序对 SiGe 合金热导率的影响，揭示有色无序对声子热输运的广谱抑制作用，并使本征热电优值最高提升至 4 倍。
2024-08-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of ternary III-V semiconductor alloys: The role of mass difference and long-range order
采用平衡分子动力学和优化的Albe-Tersoff经验原子间相互作用势，研究了三元砷化物（III-As）半导体合金的热输运.现有的二元铝砷，砷化镓和铟砷的潜力进行了优化，以获得准确的声子色散和温度依赖性的热导率。三元III-V族的热输运计算通常采用虚拟晶体近似（VCA），其中结构被假定为随机合金，所有III族原子（阳离子）被视为具有有效加权平均质量。在这里，我们表明，显式处理原子质量是至关重要的，显式原子质量得到的热导率与平均VCA阳离子质量得到的值有很大不同。阳离子质量之间的差异越大，热导率的VCA预测越差。在VCA中的随机合金假设也受到挑战，因为X射线衍射和透射电子显微镜显示在InGaAs，InAlAs和GaAlAs外延层中的顺序。我们计算了三种常见类型的顺序[CuPt-B，CuAu-I，和三周期-A（TPA）]的热导率，并表明，实验结果为In $_{0.53}$ Ga $_{0.47}$ As和In $_{0.52}$ Al $_{0.48}$ As，这是晶格匹配的InP衬底，可以重现在分子动力学模拟与2%和8%的随机无序，分别。根据我们的研究结果，在三元III-As合金的热输运似乎是由质量差散射，这是更明显的比VCA建议，和长程序，这些合金支持之间的竞争。
2017-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous electrical conductivity in rapidly crystallized Cu${}_{50-x}$Zr${}_{x}$ (x = 50 - 66.6) alloys
采用电弧熔炼法制备了Cu ${}_{50-x}$ Zr ${}_{x}$（x = 50，54，60和66.6）多晶合金。用X射线衍射分析了铸锭的晶体结构。除Cu ${}_{33.4}$ Zr ${}_{66.6}$外，其余合金均存在单斜结构的非平衡马氏体相。在T = 4 - 300 K的温度范围内的电阻率的温度依赖性已被测量，以及霍尔系数和热导率的室温值。电阻率显示出异常行为。在低于20 K的温度下，它们的温度依赖性是非单调的，具有明显的极小值。在升高的温度下，它们具有足够的非线性特征，这在标准Bloch-Grüneisen模型的框架内无法描述。我们提出了具有可变德拜温度的广义Bloch-Grüneisen模型，该模型能够高精度地描述实验电阻率的依赖关系。我们发现，电阻率和霍尔系数揭示了金属型导电的Cu-Zr合金。载流子迁移率和声子对热导率和电导率的贡献的估计值表明了强的晶格缺陷和结构无序。
2015-02-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Thermal and electrical conductivity of a refractory high-entropy alloy after high-pressure torsion: Electron versus phonon contributions
WPI, International Institute for Carbon Neutral Energy Research (WPI-I2CNER), Kyushu University（九州大学碳中和社会能源研究国际中心）；School of Mechanical Engineering, FEM, University of Campinas, UNICAMP（坎皮纳斯大学机械工程学院）；School of Applied Sciences, University of Campinas, FCA-UNICAMP（坎皮纳斯大学应用科学学院）；Department of Materials, Faculty of Engineering, Kyushu University（九州大学工学分部材料系）
研究通过高压扭转处理难熔高熵合金TiZrHfNbTa，探讨纳米结构和缺陷工程对热导率和电导率的影响，分析电子与声子贡献，揭示热导率和电导率随应变的不同演化及原因。
2026-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Electrical and thermal transport properties of medium-entropy SiyGeySnx alloys
无序材料的电输运和热输运性质一直是理论研究和工程应用的热点。高/中熵合金（HEAs/MEAs）作为一类具有内在成分无序性的新型材料，因其优异的力学性能而受到人们的广泛关注。相比之下，HEAs/MEAs的电和热传输特性的研究较少。在这里，我们研究了硅（Si）-锗（Ge）-锡（Sn）MEA的这两个性质，其中我们保持相同的Si和Ge含量，同时将Sn的含量从0增加到1/3，以调节构型熵，从而调节组分无序度。我们预测所有SiyGeySnx MEA是具有从近红外（0.28 eV）到可见光（1.11 eV）的宽范围带隙的半导体。我们发现，随着Sn含量的增加，带隙和有效载流子质量下降。因此，增加SiyGeySnx MEA中的组成无序增强了它们的电导率。对于SiyGeySnx MEA的热输运性质，我们的分子动力学模拟表明，在室温下，这些MEA的热导率的相反的趋势，随着组成的无序度的增加而降低，由于增强的安德森局域化和强的声子-声子非谐相互作用。具有高Sn含量的SiyGeySnx膜电极具有较强的导电性和较弱的导热性，这使得其成为一种有前途的热电功能材料。我们的工作表明，HEAs/MEAs不仅代表了一类新的结构合金，而且还代表了一类新的功能合金，具有独特的电和热传输性能。
2020-08-01 cond-mat.mtrl-sci
First-principles characterization of thermal conductivity in LaPO4-based alloys
本文通过第一性原理与Wigner输运方程研究La1-xGdxPO4合金中非谐性与成分无序对热导率的协同影响，揭示粒子型和波型热输运机制共存机理，并结合实验验证提出热障涂层性能优化策略。
2024-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
The role of grain boundary scattering in reducing the thermal conductivity of polycrystalline XNiSn (X = Hf, Zr, Ti) half-Heusler alloys
半赫斯勒化合物的热电应用受到其相当高的热导率的影响。因此，深入了解各种散射机制如何有效地降低所制造的XNiSn化合物（X = Hf、Zr、Ti及其混合物）的热导率是至关重要的。在这里，我们表明，这样的洞察力可以通过协调一致的理论实验比较晶格热导率kLat（T）如何取决于温度和微晶尺寸。比较理论和实验的范围内的Hf0.5Zr0.5NiSn和ZrNiSn样品在文献中报道，并在本文件中显示，晶界散射起着最重要的作用，在降低kLat，特别是这样的未混合的化合物。我们一致的分析方法证实了测量和计算的kLat的多晶样品，其中实验的平均晶粒尺寸被用作输入参数的计算之间的良好的定性协议。计算是基于玻尔兹曼输运方程和从头算密度泛函理论。我们的分析解释了名义上相同的XNiSn样品的报告kLat的显着变化，预计将提供有价值的见解，即使是其他材料的主要散射机制。
2017-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Calculating linear response functions for finite temperatures on the basis of the alloy analogy model
提出了一种方案，该方案是基于合金类比模型，并允许考虑热晶格振动以及自旋波动时，计算固体中的响应量。讨论了自旋涨落对温度依赖的磁矩、纵向电导率和Gilbert阻尼参数的影响。结果表明，使用Monte Carlo（MC）自旋组态作为输入，合金类比模型是能够再现的MC模拟的结果的平均磁矩在所有的自旋涨落模型正在讨论。另一方面，响应量对自旋涨落模型更为敏感。单独的计算占由于晶格振动或自旋波动的热效应显示其可比的贡献的电导率和吉尔伯特阻尼。然而，占两个热效应的结果比较证明违反Matthiessen的规则，显示晶格振动和自旋波动的非加性效应。体心立方结构的Fe和面心立方结构的Ni得到的结果与实验数据进行了比较，表现出相当好的协议的温度依赖的电导率和吉尔伯特阻尼参数。
2014-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy-mediated suppression of phase separation in a model two-dimensional surface alloy by the difference of the atomic jump rates
一个空位介导的集体扩散模型是用来计算在一个典型的fcc双金属表面合金在低的中位浓度的空位的热诱导（spinodal）相分离，专注于效果的比率，$Γ=Γ_A/Γ_B$，跳跃率的空位的两种类型的原子。该模型是制定一个原子物种和空位的扩散，采用动力学输运系数推导出的Moleko \emph{et al.}（菲尔。Mag.A59，141（1989））。证明了对于A $_{0.7}$ B $_{0.3}$合金，$Γ\sim 50$导致相分离的抑制，而非常小的$Γ$值导致温和的相分离（即，抑制是不完全的）。
2022-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci math.DS
Tuning Thermal Conductivity of Hybrid Perovskites through Halide Alloying
本研究提出通过卤化物合金化与结构扭曲调控混合钙钛矿热导率的策略，实验与模拟表明该方法可大幅调节热导率并揭示其声子散射与受限扩散机制，为相关应用提供指导。
2024-01-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio simulations of liquid systems: Concentration dependence of the electric conductivity of NaSn alloys
采用密度泛函方法结合分子动力学（Car-Parrinello方法）研究了五种不同成分（20%、40%、50%、57%和80%钠）的液态NaSn合金。用Kubo-Greenwood公式计算了体系的电导率随频率的变化。外推的直流电导率与实验数据吻合得很好，并再现了随浓度的强烈变化。电导率的最大值，与实验一致，附近的等摩尔组成。电导率的强烈变化，从几乎半导体到金属行为，可以通过分析态密度来理解。
1996-08-29 chem-ph cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
Disordered vs. Short-Range-Ordered Complexions: Consequences for Grain-Boundary-Mediated Plasticity in Nanocrystalline Al-Ni Alloys
The University of Vermont（佛蒙特大学）
通过蒙特卡洛和分子动力学模拟，研究了纳米晶Al-Ni合金中非晶态与短程有序晶界复合相对力学性能的影响，发现非晶复合相通过剪切转变区促进均匀塑性但强度较低，而短程有序复合相导致应力集中和剪切局域化但强度更高。
2026-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
