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
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
Energetics of vacancy segregation to symmetric tilt grain boundaries in HCP materials
分子静态模拟HCP金属中的190个对称倾斜晶界被用来理解空位偏析的能量学，这对于在恶劣环境中设计稳定的界面是重要的。模拟结果表明，晶界的局部排列和由此产生的结构单元对空位结合能的大小有显著的影响，并且每个晶界内的位置-位置变化是很大的。比较不同c/a比材料中每个位置的空位结合能表明，结合能随着c/a比的增加而显著增加。例如，在[1-210]倾斜轴中，c/a=1.5811的Ti和Zr具有比c/a=1.6299的Mg低的空位结合能。此外，当将所有三种元素中所有190个晶界的晶界能与相同晶界的空位结合能作图时，显示出高度负相关（r = -0.7144），其线性拟合比例常数为-25 ang^2。这对于极端环境损伤产生晶格缺陷并且晶界充当空位和间隙原子的汇的应用是重要的。
2013-12-10 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
Anomalous Strength Characteristics of Tilt Grain Boundaries in Graphene
利用分子动力学模拟和第一性原理计算，我们研究了在金属衬底上CVD生长石墨烯过程中出现的石墨烯片倾斜晶界的结构和机械强度。令人惊讶的是，我们发现，对于在Z字形和扶手椅取向附近的倾斜边界，具有5-7个缺陷对的较高密度的大角度边界比每单位长度由较少缺陷组成的小角度边界更强。有趣的是，我们的结果中的趋势不能用连续格里菲斯型断裂力学标准来解释，该标准预测相反的趋势，因为它没有考虑到导致失效机制的关键键。我们已经确定了高应变的债券在7元环，导致失败的片材，我们已经发现，大角度的边界能够更好地适应应变7环。我们的研究结果为设计生长方法提供了指导，以获得强度接近原始石墨烯的晶界结构。
2010-07-28 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
Local structure and defect segregation on the tilt grain boundaries in silicon
本文介绍了硅中几种不同倾斜晶界的原子论和从头算模拟结果。用遗传算法得到的边界结构没有配位缺陷，即在结构优化过程中，所有的硅原子都恢复了它们的四面体配位。这涉及到先前已知的对称的135（130）、133（211）和1329（520）边界以及先前未知的不对称的139（-255）/（-211）、133（-255）/（211）和1313（790）/（3110）结构。我们已经进行了广泛的研究边界上的缺陷偏析，包括中性空位和碳，磷和硼杂质。一个明确的相关性之间的偏析能量的缺陷和局部几何形状的边界网站的缺陷被隔离已被揭示。我们提出了一个简单的纯几何模型，用于评估所列缺陷的近似偏析能量。
2013-08-17 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
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
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
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
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 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Decomposition of low-angle grain boundaries
Nanchang University（南昌大学）；Brigham Young University（杨百翰大学）
本文通过原子模拟研究了低角度晶界在特定应力条件下通过位错分离实现的分解过程，并探讨了应变率和温度对分解的影响。
2025-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Atomic structure of grain boundaries in iron modeled using the atomic density function
基于连续原子密度函数（ADF）方法建立了预测铁晶界原子结构的模型。体心立方铁中对称的[100]和[110]倾斜晶界用ADF方法模拟，然后在分子动力学（MD）模拟中松弛。在ADF模型中得到的GB能量曲线的形状很好地再现了70.53度角的特性。[ $Σ$ 3（112）]和129.52度。[ $Σ$ 11（332）]适用于[110]倾斜GB。铁的嵌入原子方法势的MD弛豫结果证实了ADF模型中得到的原子GB组态非常接近平衡组态。所开发的模型提供了良好的本地化的原子位置的各种几何形状的GB。
2014-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Grain Boundary Structures and Collective Dynamics of Inversion Domains in Binary Two-Dimensional Materials
理解和控制拓扑缺陷的性质和动力学是二维材料研究中的一个持久挑战，对于获得技术应用所需的高质量薄膜至关重要。在这里的晶界结构，能量和动力学的二元二维材料的研究通过相场晶体模型，参数化匹配的有序，对称性，能量和长度尺度的六方氮化硼的发展。我们的研究揭示了一些新的位错核心结构的各种对称和非对称倾斜晶界，除了在以前的实验和第一性原理计算得到的。我们还确定了一个缺陷介导的生长动力学的反转域所管辖的集体原子迁移和缺陷的核心改造在晶界和交界处，一个过程，这是有关的反转对称性破缺的二元晶格。
2017-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Heat transport in pristine and polycrystalline single-layer hexagonal boron nitride
我们使用相场晶体模型生成大规模的双晶和多晶单层六方氮化硼（h-BN）样品，并采用分子动力学（MD）模拟与Tersoff多体势研究其热输运性质。采用非均匀非平衡分子动力学方法计算了h-BN晶界的Kapitza热阻。电阻与倾斜角、线张力和晶界缺陷密度有很强的相关性。我们还计算了原始的h-BN和多晶h-BN的热导率与不同的晶粒尺寸使用一个有效的均匀非平衡MD方法。面内和面外（弯曲）声子表现出不同的晶粒尺寸标度的热导率在多晶h-BN和提取Kapitza电导接近的大倾角晶界的双晶。
2018-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary-induced martensitic transformations: A phase-field study of nucleation, size-effect, triple junction-effect, microstructures, and compatibility at the nanoscale
基于Ginzburg-Landau型多相相场方法，提出了一种考虑界面结构应力的纳米尺度下多晶材料晶界诱发马氏体相变的数值模拟方法。在该方法中，N个独立的序参量用于描述奥氏体（A）<->马氏体（M）相变和N（>1）个马氏体变体，另外M个独立的序参量用于描述多晶样品中的M（>1）个晶粒。利用GB（s）的可变能量作为与AM变换有关的序参量的函数，考虑了由于MT期间其结构重排而引起的GB能量的变化<->。一个丰富的绘图之间的转变温度的A，预马氏体，和M的双晶体与对称的平面倾斜GB绘制不同的奥氏体GB宽度。在具有对称或非对称平面或圆形倾斜的各种双晶中探索了参数（包括奥氏体GB宽度、由于MT引起的GB能量变化、GB取向差、施加的应变和样品尺寸）对相的非均匀形核以及随后复杂的马氏体微观结构演变的强烈影响。GB在正向和反向转变期间。三重结（TJ）的能量和相邻的GB的能量和宽度也被示出强烈影响的成核和微结构使用具有三个对称的平面倾斜GB的三晶体。研究了微结构在晶界上的相容性。绘制了跨GBs和TJ区域的弹性和结构应力，这对于理解GBs和TJ在材料失效中的作用至关重要。
2022-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Understanding grain boundary electrical resistivity in Cu: the effect of boundary structure
金属中的晶界（GB）通常由于其与晶粒内部相比不同的原子排列而增加电阻率。虽然GB结构对电性能有着至关重要的影响，但其与电阻率的关系却知之甚少。在这里，我们进行了系统的研究，在铜倾斜GB的电阻率和结构的关系，采用高分辨率的原位电测量加上原子结构分析的GB。用分子动力学模拟计算了所选GBs的过剩体积和能量。我们发现GB的重合位置晶格（CSL）类型与其电阻率之间存在一致的关系。最具电阻性的晶界是高范围的低角度晶界（取向差14至18度），其电阻率是高角度倾斜晶界的两倍，这是由于高位错密度和相应的应变场。关于原子结构，GB电阻率与GB过量体积近似相关。此外，我们表明，GB曲率增加电阻率约80%，而在同一CSL类型的相位变化和缺陷并没有显着改变它。
2021-08-20 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
A ReaxFF molecular dynamics study of hydrogen diffusion in ruthenium -- the role of grain boundaries
钌薄膜可作为多层极紫外反射镜的保护帽。氢渗透通过钌是有问题的，因为它导致镜子上的气泡。H已被证明在体Ru中表现出低溶解度，并且快速扩散进出Ru。因此，起泡效应的潜在机制仍然未知。本文利用反应分子动力学模拟研究了Ru膜中的缺陷对H行为的影响。对于Ru/H系统，ReaxFF力场被参数化，其再现从量子力学计算获得的结构和能量。采用分子动力学模拟研究了倾斜和扭曲晶界对H在Ru中扩散行为的影响。我们的模拟结果表明，倾斜和扭曲晶界提供积极的有利网站的氢原子和作为汇和公路的H。因此，它们阻止H穿过它们的平面的运输，并且有利于沿着它们的平面的扩散。这导致氢在晶界处积聚。晶界对氢扩散的强烈影响表明，调整钌薄膜的形态是抑制氢渗透速率的一种手段。
2021-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Yielding and jerky plasticity of tilt grain boundaries in high-temperature graphene
石墨烯以其结合脆性和延展性的非凡机械性能而闻名。虽然大多数石墨烯的力学研究集中在强度和脆性断裂行为，但其延展性，塑性形变和可能的脆韧性转变，这对高温机械性能和应用很重要，仍然知之甚少。在这里，石墨烯晶界的机械响应和变形动力学研究通过相场晶体模拟，显示温度和局部位错结构的关键影响。我们的研究结果表明，即使在相对较高的温度（约3350 K），该系统仍然是由脆性断裂和开裂动力学发现在以前的低温实验和原子的研究。我们还确定了另一种类型的故障动力学与低角度晶界解体。当温度升高时，预测到向塑性形变的转变。高温塑性流动的出现，特别是急动塑性现象，是由于位错在晶界附近的粘滞和攀滑运动。相应的机制是内在的二维系统，并由累积的局部应力和缺陷钉扎效应的驱动力之间的竞争，没有传统的三维材料中所需的位错生成途径。
2021-12-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
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
Structures and energies of computed silicon (001) small angle mixed grain boundaries as a function of three macroscopic characters
该研究通过原子模拟探究硅（001）小角度混合晶界在三类宏观特征下的结构-性能关联，拟合修正的Read-Shockley关系，揭示结构转变规律与形成机制，结果获理论与实验验证。
2023-05-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Atomic-scale tunable phonon transport at tailored grain boundaries and Their Impact on Thermal Conductivity
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Irvine Materials Research Institute, University of California-Irvine（加州大学尔湾分校欧文材料研究所）；University of California, San Diego（加州大学圣迭戈分校）
研究通过原子级振动光谱学揭示晶界角度对声子输运和热导率的调控机制，提出倾斜和扭转角度作为热管理的调控手段。
2026-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Kapitza thermal resistance across individual grain boundaries in graphene
我们使用广泛的经典分子动力学（MD）模拟研究了悬浮单层石墨烯中单个晶界的热输运。我们利用二维相场晶体方法构建了含有对称倾斜角晶界的双晶石墨烯样品，然后利用分子动力学方法对样品进行弛豫。相应的Kapitza电阻，然后使用非平衡MD模拟计算。我们发现，Kapitza电阻强烈地依赖于倾斜角，并显示出明确的相关性，在一个给定的晶界缺陷的平均密度，但并不强烈相关的晶界线张力。我们还表明，量子效应是显着的定量测定Kapitza电阻通过应用模式的模式的量子校正的经典MD数据。修正后的数据与量子力学的Landauer-Bütticker计算结果符合得很好。
2017-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Grain Boundary Effects in Dealloying Metals: A Multi-Phase Field Study
本文扩展多相场模型研究液态脱合金化中的晶界效应，发现耦合晶界迁移机制能局部加速脱合金化并破坏结构韧带连通性，且该现象在低于分离极限的前驱体中依然存在。
2023-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Characterization and visualization of grain boundary disconnections
我们介绍了一种方法来可视化沿晶界位错在原子水平。它使用原子级的奈张量，代表位错密度。为了计算晶界处的Nye张量，我们将Hartley-Mishin应变梯度计算扩展到位移移位完全晶格。我们表明，该方法是有效的，在可视化断开和晶界相结的位错含量的体心立方钨，以及面心立方铜。此外，我们使用的方法来表征的二维晶界相核的对称倾斜晶界在钨的形态。该方法既适用于体位错，也适用于晶界断开，是研究体位错与晶界的相互作用和反应以及晶界断开的理想方法。
2022-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Grain Boundary Premelting of Monolayer Ices in 2D Nano-channels
我们采用分子动力学（MD）模拟研究二维疏水纳米通道中冰的晶界（GB）预熔。在单层冰中的对称倾斜GB中观察到预熔转变，并且涉及液相水的预熔带的形成，其宽度随着从下面接近熔化温度而依序增长，与GB预熔的现有理论一致。根据目前的MD观测，人们可以预期GB预熔存在于广泛的低维相的约束冰，并显示出重要的后果，低维冰的晶体生长。
2019-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Boundary Plane-Oriented Grain Boundary Model Generation
本研究提出一种不依赖重合位置点阵的界面平面导向算法，通过计算搜索获取晶界平面对、构建共有二维周期性的表面超胞并交替堆叠得到晶界模型，可系统化处理各类对称及非对称倾斜晶界体系，适用于任意晶体结构并支持从头算研究。
2023-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio simulations of oxygen interaction with surfaces and interfaces in uranium mononitride
本文介绍了用DFT超原胞方法计算UN（001）和（110）面以及倾斜晶界上氧行为的结果。用不同厚度和超晶胞尺寸的二维平板模拟了氧在（001）和（110）面上的吸附、迁移和掺入。计算了N空位形成能和氧掺入能随温度的变化关系。我们表明，O原子很容易渗透到UN表面和晶界含有N空位，由于负的掺入能和一个小的能量障碍。在两个密集堆积的表面和倾斜晶界的N空位形成和O原子掺入其中的吉布斯自由能进行了比较。它也已被证明，吸附的氧原子是高度流动的，结合容易纳入表面N空位，解释了有效的（但不必要的）氧化UN表面。讨论了UN氧化可能形成氮氧化物的原子机制。
2012-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Strengthening and Weakening by Dislocations in Monolayer MoS2
位错决定着任何晶体的性质。然而，五角七边形的错位（5| 7）晶界（GBs）中对二维MoS 2晶体机械性能的影响仍然知之甚少。利用原子模拟和连续向错偶极子模型，我们发现，依赖于倾斜角和5| 7位错排列，MoS2晶界强度随倾斜角的增大而增大或减小。对于主要由Mo5组成的倾斜倾斜GBs| 7+S5| 7位错时，GB强度随倾角的平方单调增加。对于带Mo5的扶手椅倾斜GB| 7或S5| 7个位错，而GB强度的趋势分解为5| 7位错是不均匀分布的。此外，机械失效起始于由5共享的键。|7环，与石墨烯相反，石墨烯在6环共享的键处发生失效。|七环。这项工作提供了新的见解，通过位错工程的机械设计合成过渡金属二硫属化物晶体。
2021-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic study of grain-boundary segregation and grain-boundary diffusion in Al-Mg alloys
Mg晶界偏聚和扩散对Al-Mg合金的加工性能有很大影响。然而，Mg GB在Al中的扩散还没有实验测量或模拟预测。我们应用原子计算机模拟来预测Mg GB偏析的量和自由能，以及偏析对两种合金成分的GB扩散的影响。在低温下，Mg原子分离到一个倾斜GB形成具有高度各向异性形状的集群。Mg在Al GB中的扩散比Al本身慢，并且与Al GB自扩散相比，这两种组分的扩散缓慢。因此，Mg偏析显著降低了Al-Mg合金中沿晶界的质量传输速率。降低的原子迁移率可以负责提高的温度下的微结构的稳定性。
2020-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Complex evolution of the electronic structure from polycrystalline to monocrystalline graphene: generation of a new Dirac point
第一性原理计算，用于解决多晶石墨烯的性质，表明在该系统中的倾斜晶界的电子结构显示出相当复杂的演变向石墨烯块体，随着倾斜角减小，在费米能级处产生新的狄拉克点，和各向异性狄拉克锥的低能量激发。此外，在{ \bf K}点处的通常狄拉克点低于费米能级，并且随着倾斜角减小而朝向费米能级上升。此外，我们的计算表明，晶界形成能的行为非单调的倾斜角，由于在空间分布和相对贡献的键拉伸和键弯曲变形与缺陷的形成相关的变化。
2009-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Prediction of grain boundary structure and energy by machine learning
由于原子组态的不同，晶界对多晶材料的性能有着显著的影响。为了充分理解晶界与材料性能之间的关系，对晶界原子结构的系统研究是至关重要的。然而，这样的研究受到确定单个晶界结构所需的大量计算的限制。如果能用更有效的计算来预测结构，那么对晶界的理解将大大加快。在这里，我们使用机器学习技术预测晶界结构和能量。训练数据的非线性回归的四个倾斜晶界的铜。回归分析的结果被用来预测12个其他晶界结构。该方法准确地预测了晶界的结构和能量。本研究所提出的方法是非常通用的，可以用来理解许多复杂的接口。
2015-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Automated determination of grain boundary energy and potential-dependence using the OpenKIM framework
我们提出了一个系统的方法，建立在开放知识库的原子间模型（OpenKIM）的框架（https：openkim.org），用于量化性能的晶界（GB）的任意原子间势（IP），GB字符，晶格结构和物种。该框架目前生成立方材料中对称倾斜GB的结果，但可以很容易地扩展到其他类型的边界。本文介绍的GB能量数据是自动生成的Al，Ni，Cu，Fe和Mo的225个IP;该系统安装在openkim.org上，并将继续为上传到OpenKIM的所有新IP生成结果。从原子计算的结果进行比较，晶格匹配模型，这是一个半解析几何模型近似GB能量。它是确定的能量预测的所有IP（这是稳定的给定的边界类型）密切相关的能量从模型，乘法因子。因此得出结论，GB能量与倾斜角的定性形式更多地由几何形状而不是IP的选择决定，但是IP可以强烈地影响能级。在OpenKIM中，GB能量预测在IP集合中的分布为经典IP的GB能量预测提供了不确定性的度量。
2023-02-10 cond-mat.mtrl-sci
