Ab-initio investigation of the interfacial structural, electronic, and magnetic properties of Co$_{2}$MnAl/X (X = MgO and GaAs) heterostructures
本文利用第一性原理计算系统研究了Co2MnAl/MgO和Co2MnAl/GaAs异质结构的界面稳定性、电子和磁性质，发现Co端接界面更稳定但呈金属性，而MnAl端接界面保持近半金属性，为自旋电子学器件优化提供理论指导。
2025-08-22 cond-mat.mtrl-sci
An integral method for the calculation of the reduction in interfacial free energy due to interfacial segregation
吉布斯的吸附等温线的基础上开发的方法来计算在内部界面处的溶质偏析，建立在测得的浓度分布的界面自由能的减少。利用原子探针层析成像（APT），我们首先测量跨界面的溶质原子的相对界面过剩的浓度分布。为了实现这一点，我们利用一种新的方法的基础上J。计算吉布斯界面过剩的Cahn公式。我们还介绍了一种方法来计算界面自由能的减少，是由偏析溶质原子。这种方法产生一个离散的界面自由能的减少，其中考虑到测量的浓度分布和计算的吉布斯过剩的配置文件。我们证明，这种方法可以用于均相和异相界面，并考虑到跨界面的溶质原子的实际分布，由APT确定。它适用于PbTe-PbS半导体系统12摩尔%的情况。Na 1摩尔%，其中预期在PbS/PbTe界面处的Na偏析降低{100}晶面的界面自由能。我们还考虑了镍基合金600的情况，其中B和Si偏析被怀疑阻碍同质（GB）和异相金属碳化物（M7 C3）界面处的晶间应力腐蚀开裂（IGSCC）。与内部接口相关的浓度分布测量APT使用紫外线（波长= 355 nm）激光解剖nanotips上的原子原子和原子平面的基础上。
2020-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of magnetism at the TiO2/LaAlO3 interface
本文研究了在LaAlO $_3$上生长的未掺杂TiO_2薄膜中发现的意外磁性与TiO_2/LaAlO_3界面的电子结构和磁性结构之间的可能关系。我们专注于结构弛豫和界面氧空位所发挥的作用。LaAlO 3具有沿（001）方向的层状结构，具有交替的LaO和AlO 2平面，分别具有+1和-1的标称电荷。结果表明，在AlO_2表面层上会优先生长出具有层状结构的缺氧型TiO_2薄膜。因此，我们进行了从头计算的超晶格与TiO 2/Al O2界面与界面氧空位。我们的主要结果是，空位导致相邻的Ti原子的价态的变化，但不一定是一个磁性的解决方案，磁性的外观也取决于结构的细节，如第二邻居的位置。这些结果是使用LSDA和LSDA+U近似获得的。
2010-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic Structure and Dynamics of Interfacial Water at Fluorinated vs Nonfluorinated Surfaces -- Insights from Ab-Initio Simulations and IR Spectroscopy
Freie Universität Berlin（柏林自由大学）
研究通过从头计算模拟和红外光谱分析氟化与非氟化表面界面水结构，发现两者均与空气-水界面相似，但氟化表面水分子重取向动力学更慢，挑战了传统振动史塔克效应解释。
2026-04-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Development of Interatomic Potentials to Model the Interfacial Heat Transport of Ge/GaAs
分子动力学模拟提供了一个通用的框架来研究界面热传输，但其准确性仍然受到可用的原子间势的准确性的限制。在过去，研究人员已经采用了使用解析势和简单的混合规则来模拟界面系统，其使用的理由很少。另一方面，当代机器学习的原子间势具有更大的复杂性，但尚未看到界面热传输性质的严格验证。此外，当拟合从头算数据时，尚不清楚是否界面系统小到足以进行密度泛函理论计算，可以产生合理的原子间力常数。本文使用模型Ge/GaAs系统研究了这些问题和相关问题，特别关注界面的谐波力常数（IFC 2）。从头计算IFC 2被示出为从界面恢复接近体状值~ 1-2 nm，同时还表现出跨界面的复杂关系，这可能排除了混合规则的任何成功应用。两种不同的光谱邻域分析势（SNAP）开发的界面模型。一个适合于总力，而另一个仅用于描述非谐性，泰勒展开用于描述势的谐波部分。每种潜力，以及他们的优点和问题进行了比较和讨论，这为未来的工作提供了重要的见解。
2021-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio studies of the spin-transfer torque in tunnel junctions
我们计算了Fe/MgO/Fe隧道结中的自旋转移矩，并与全金属结的结果进行了比较。我们表明，自旋转移力矩是在铁磁层的界面在更大程度上比在全金属结。这一结果起源于铁的半金属行为的$Δ_1$状态在布里渊区中心;与全金属结构，退相不起重要作用。我们进一步表明，它是可能的，以得到一个分量的扭矩是平面的磁化，这是线性的偏置。然而，观察这样的扭矩需要高度理想的样品。在具有典型界面粗糙度的样品中，扭矩与全金属多层膜中的扭矩相似，尽管原因不同。
2007-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Joint Density-Functional Theory of the Electrode-Electrolyte Interface: Application to Fixed Electrode Potentials, Interfacial Capacitances, and Potentials of Zero Charge
这项工作探讨了使用联合密度泛函理论，一种新形式的密度泛函理论的从头计算描述的电子系统的热力学平衡与液体环境，描述电化学系统。在回顾了基本电化学概念的物理学之后，我们确定了通常测量的电化学可观测量和微观可计算量之间的映射，原则上，精确的理论框架。然后，我们引入一个简单的，计算效率高的近似功能，我们发现是相当成功的先验基本电化学现象，包括电容斯特恩和扩散的古伊查普曼地区的电化学双层，定量值的界面电容，和电化学电位的零电荷的一系列金属。我们探索表面充电与施加的电位，并能够把我们的从头计算结果直接与标准氢电极（SHE）的规模。最后，我们提供了明确的细节，在标准的密度泛函理论软件包内进行的标准计算在真空环境中可以忽略不计的计算成本。
2012-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Deep vacancy induced low-density fluxional interfacial water
过渡金属氧化物如TiO $_2$上的界面水已经被广泛研究，因为它们的结构复杂性和在例如冰和冰生长中的科学相关性。利用从头算分子动力学方法，我们发现界面水在表面上具有非常规的流动结构，接触层密度降低。位于亚表面深处的氧空位缺陷导致界面水的密度降低和柔性。我们的研究提出了一个新的视角的水/水界面，提高了重要性的非平凡的长期影响所造成的深缺陷。这些经常被忽视的影响突出的必要性和挑战的最先进的模拟和实验探测的固液界面。
2021-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial Properties of Monolayer and Bilayer MoS2 Contacts with Metals: Beyond the Energy Band Calculations
尽管已经制造了许多基于二维（2D）MoS 2的原型器件并且已经实现了2D MoS 2的晶片级生长，但是2D MoS 2-金属接触的基本性质尚未被很好地理解。我们提供了一系列的单层（ML）和双层（BL）二硫化钼-金属接触（金属= Sc，Ti，Ag，Pt，Ni和Au）的界面性质的全面的从头算研究。计算和观察到的肖特基势垒高度（SBHs）之间的比较表明，许多电子效应强烈抑制在通道2D二硫化钼由于电荷转移。目前广泛采用的能带计算方法不能再现二维MoS 2-Sc界面的SBH现象。相比之下，从头算量子输运器件模拟更好地再现了所观察到的SBH在两种类型的接触，并强调了一个更高层次的理论方法的重要性，超出了能带计算的接口研究。由于层间耦合，BL MoS 2-金属接触具有比ML MoS 2-金属接触降低的SBH，因此具有更高的电子注入效率。
2015-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio simulations on growth and interface properties of epitaxial oxides on silicon
用所谓的高k氧化物替代SiO2是迄今为止半导体行业面临的主要挑战之一。基于电子结构计算和从头算分子动力学模拟，我们能够提供一个一致的图片周围的SrO和SrTiO 3的外延氧化物的生长过程。对界面结合原理的详细理解也使我们能够提出一种设计氧化物和硅衬底之间的带偏移的方法。
2005-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Fundamental asymmetry in interfacial electronic reconstruction between insulating oxides
我们提出了一个ab initio研究两个绝缘钙钛矿，极性LaAlO 3和非极性SrTiO 3之间的（001）界面。我们观察到一个绝缘到金属过渡以上的临界LaAlO 3厚度。我们解释说，在TiO 2/LaO界面处观察到的高电导率和在SrO/AlO 2界面处缺乏类似的电导率是固有的系统的原子几何形状。阳离子之间的大界面跳跃矩阵元素导致在TiO 2/LaO界面处形成束缚电子态。这种机制的界面结合态的形成表明了一个强大的手段，用于调整在各种氧化物异质界面的电导率。
2009-04-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
MoS2-graphene in-plane contact for high interfacial thermal conduction
最近的研究表明，二维（2D）MoS 2的面内和面间热导率较低，这对基于MoS 2的电子器件的热管理提出了重大挑战。为了应对这一挑战，我们通过充分利用石墨烯（一种具有超高导热性的2D材料）来设计MoS 2和石墨烯之间的界面。我们首先进行从头计算原子模拟，了解的接口的键合性质和结构稳定性。我们的研究结果表明，所设计的界面，这被发现是连接在一起的Mo和C原子之间的强共价键，是能量稳定的。然后我们进行分子动力学模拟来研究界面热导。令人惊讶地发现，界面热导率高，与石墨烯-金属共价键合界面的热导率相当。重要的是，每个界面Mo-C键作为一个独立的热通道，使调制的界面热导通过控制Mo空位浓度在界面上。目前的工作提供了一个可行的路线，在二硫化钼基电子器件的热管理。
2017-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Interfacial phenomena in nanocapacitors with multifunctional oxides
用$ab$ $initio$方法研究了Pt（001）/PbZrTiO $_3$（001）（PZT）界面的结构、化学稳定性、电子和铁电性质。我们表明，化学环境中起着至关重要的作用，在确定的界面重建和电荷重新分布在金属/氧化物界面。我们证明了在Pt/PZT界面处形成的界面键与PZT的（TiZr）O $_2$ -和PbO-终止的差异基本上定义了筛选的有效性，以及PZT基电容器中极化切换的容易性。Pt/PZT/Pt电容器中的不完美屏蔽是由于在与（TiZr）O $_2$终止的膜的界面处形成的强界面键导致的，这伴随着PZT膜的极化被抑制。相比之下，具有PbO封端的PZT的电容器显示出可忽略的去极化场和高极化，这是在这种类型的界面处形成的弱键的结果。后者也导致了比前者更高的开关势垒。
2019-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Properties of MoS2/HfO2 Interface: Impact of Interfacial Impurities during Atomic Layer Deposition Growth
采用密度泛函理论（DFT）的从头计算方法，研究了MoS 2/HfO 2界面的原子结构和电子性质.研究了界面氧浓度对MoS 2/HfO 2界面电子结构的影响，以模拟在环境条件下的原子层沉积生长。然后，带偏移和这些接口的热力学稳定性的影响进行了研究，并与现有的相关实验数据进行了比较。这些结果似乎表明，对于良好制备的界面，由于没有界面缺陷态，电子器件性能应该优于其他界面，如III-V/高k。然而，任何未钝化的缺陷，如果存在于氧化物生长过程中，强烈影响随后的界面的电子性质。
2014-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Interlayer and interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction in magnetic trilayers: first-principles calculations
本研究通过ab initio计算确定了Co基磁性三层膜中的层间与界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用，验证了Lévy-Fert模型，并探讨了其局限性与微观机制。
2024-08-28 cond-mat.mtrl-sci
High-Throughput $\textit{Ab Initio}$ Design of Atomic Interfaces using InterMatch
形成异质界面是一种材料设计策略，可以访问天文学大的相空间。然而，巨大的相空间需要高通量的方法来优化接口设计。在这里，我们介绍了一个高通量的计算框架，InterMatch，有效地预测电荷转移，应变和超晶格结构的接口，通过利用数据库的个别散装材料。具体来说，该算法从材料项目中以孤立的形式读取每种材料的晶格矢量、态密度和刚度张量。根据这些整体性质，InterMatch估计界面性质。我们基准InterMatch预测的电荷转移对实验测量和超晶胞密度泛函理论计算。然后，我们使用InterMatch预测有前途的界面候选掺杂过渡金属二硫属化物MoSe $_2$。最后，我们通过使用InterMatch探索作为扭转角的函数的低能超晶格结构，解释了在石墨烯/ $α$ $_3$中在几微米内的超晶胞周期性的10倍变化的实验观察。我们期待我们的开源InterMatch算法加速和指导不断增长的界面设计工作。此外，本文中提出的InterMatch搜索产生的接口数据库可以很容易地通过https://contribs.materialsproject.org/projects/intermatch/访问。
2022-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Interfacial Thermal Conductance in Graphene/Germanene van der Waals Heterostructure using an Optimized Interlayer Potential
该研究为石墨烯/锗烯范德华异质结构开发了基于密度泛函理论的层间势，发现压缩应变可使界面热导提升至136%、拉伸应变降至70%，并揭示了温度与相互作用强度的正相关调控作用。
2025-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning band alignment at a semiconductor-crystalline oxide heterojunction via electrostatic modulation of the interfacial dipole
我们证明了与整个SrTiO 3/Si异质结的键合相关联的界面偶极子可以通过空间电荷进行调谐，从而使能带排列通过掺杂而改变。Si中的氧杂质作为施主，通过将电子穿过界面转移到SrTiO 3中来产生空间电荷。空间电荷感应出一个电场，改变了界面偶极子，从而将能带排列从II型调整到III型。转移的电荷，导致内置电场，并在带排列的变化表现在电输运和硬X射线光电子能谱学测量。从头算模型揭示了偏振和带偏移之间的相互作用。我们发现，带偏移可以通过调制跨界面的空间电荷的密度进行调谐。功能化的界面偶极子，使静电改变能带排列开辟了新的途径，实现半导体异质结的新行为。
2021-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Energy of Ni/Ni$_{3}$Al Interface: a Temperature-Dependent Theoretical Study
用平面波{ \textit{ab-initio} }和Monte Carlo方法研究了Ni/Ni $_{3}$ Al界面能，并对不同方法的结果进行了比较。有两个问题值得特别注意：界面能与超晶胞尺寸的依赖关系，对于{ \textit{ab-initio} }计算，以及界面能的温度依赖关系。计算表明，从0 K到1000 K，能量减少1 mJ/m $^2$。
2014-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio Study on Lithium Anode Interface Instability and Stabilization of Superionic Li3InCl6 and Li6PS5Cl Solid Electrolytes
该研究通过从头算计算揭示了LIC-Li和LPSC-Li界面的不稳定性，发现LPSC-Li具有稳定界面相而LIC-Li没有，并系统评估了中间层材料，为全固态锂电池稳定界面的开发提供了理论指导。
2024-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Charge ordering at the interface in (LaMnO$_3$)$_{2n}$/(SrMnO$_3$)$_n$ superlattices as the origin of their insulating state
我们在多层体系（LaMnO $_3$）$_{2n}$ /（SrMnO $_3$）$_n$中使用LDA+U方法进行了从头算计算。我们的研究结果表明，交替Mn $^{3+}$和Mn $^{4+}$阳离子在棋盘式平面图案的电荷有序状态是开发在界面层，导致间隙开口。这种界面电荷有序的情况将是LaMnO $_3$和SrMnO $_3$之间的能量有利的重构。这有助于理解实验观察到的绝缘行为在这些多层膜中的$n$，其起源是已知的，由于一些界面机制的中间值。
2014-02-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Predicting the Voltage Dependence of Interfacial Electrochemical Processes at Lithium-Intercalated Graphite Edge Planes
所施加的电势支配锂离子电池中的锂嵌入和电极钝化反应，但是在凝聚相DFT计算中校准是具有挑战性的。本文采用从头计算分子动力学（AIMD）方法，以Li+/Li（s）实验值为参考，计算了具有氧化边缘平面的电荷中性嵌锂石墨（LiC（6））的“阳极电势”随边缘平面处Li含量n（Li）的变化.使用明确的电子转移从氟代碳酸亚乙酯自由基阴离子标记的电压分配证实。PF 6-显示出电化学分解（即，不仅仅是热的）在由我们的电压校准技术施加的低电势下。我们证明，多余的电子驻留在本地化状态的间隙中的有机碳酸酯液体区域，这是不像文献中广泛假设的超导体（带态）。
2015-02-01 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Homogeneous ice nucleation in an ab initio machine learning model of water
分子模拟提供了有价值的深入了解的微观机制下均匀的冰成核。虽然经验模型已被广泛用于研究这一现象，但迄今为止，基于第一性原理计算的模拟被证明过于昂贵。在这里，我们通过使用在密度泛函理论（DFT）能量和力上训练的高效机器学习模型来规避这个困难。我们计算成核率在大气压下，在广泛的过冷，使用播种技术和系统的从头计算精度模拟高达数十万个原子。播种技术提供的关键量是临界簇的大小（即，尺寸使得团簇在给定的过饱和度下具有相等的生长或熔化概率），其与经典成核理论的方程一起用于计算成核速率。我们发现，我们的模型在适度的过冷度的成核率是在我们的计算误差与实验测量吻合得很好。我们还研究了热力学驱动力，界面自由能，堆积无序等性能的影响计算速率。
2022-08-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Correlative Theoretical and Experimental Study of the Polycarbonate | X Interfacial Bond Formation (X = AlN, TiN, TiAlN) during Magnetron Sputtering
本文结合从头算模拟与X射线光电子能谱，系统研究了聚碳酸酯与AlN、TiN、TiAlN薄膜的界面键形成机制，揭示了不同金属氮化物与聚合物官能团的选择性反应规律，并预测PC | TiAlN界面最强。
2023-05-26 cond-mat.mtrl-sci
CO2 adsorption mechanisms in hydrated silica nanopores: Insights from grand canonical Monte Carlo to classical and ab initio molecular dynamics
为优化CO₂捕获技术，本文通过整合GCMC、经典MD和AIMD模拟，研究水合二氧化硅纳米孔中CO₂吸附机制，揭示水合依赖性、吸附动力学特征及受限水的双重作用，为材料设计提供分子水平 insights。
2025-02-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Phase Boundary Segregation in Multicomponent Alloys: A Diffuse-Interface Thermodynamic Model
微合金化元素倾向于偏聚到基体-沉淀相边界以降低界面能。偏析机制正在成为一种新的设计策略，用于开发具有显着改善的抗高温应用粗化性的沉淀硬化合金。在本文中，我们报告了一个纳米级的扩散界面热力学模型，描述在两相置换合金中的多元偏析行为。遵循晶界的经典方法，我们采用正规溶液热力学建立偏析等温线。我们发现，该模型恢复古特曼多组分等温线描述当地的界面浓度，和广义吉布斯吸附等温线，管理的总溶质过剩和界面能。一个模型的两相四元合金的多元偏析行为的各种表现。界面参数的性质和由此产生的解析解使模型适合参数化和比较与原子计算和实验表征。
2022-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Disorder in FeSe : An Ab Initio Study
本文用相干势近似研究了FeSe中Fe的过量、Se的缺乏以及S、Te对Se亚晶格的替代和Co、Ni、Cu对Fe亚晶格的替代的影响。结果表明：（i）少量过量Fe使Fe导带发生无序化，而Se的缺乏主要影响Se导带;（ii）S或Te的替代增强了费米面嵌套的可能性，特别是在FeSe $_{0.5}$ Te $_{0.5}$中，尽管Se导带发生无序化;（iii）Co的电子掺杂，Ni或Cu使系统紊乱并向下推Fe衍生带，从而破坏费米表面嵌套的可能性。这些结果与刚性带，虚拟晶体和超原胞近似的比较揭示了与相干势近似描述无序的重要性。
2010-02-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Ab Initio Free Energy Surfaces for Coupled Ion-Electron Transfer
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
通过将电子转移与离子转移耦合视为马库斯理论的扩展，利用约束从头算轨迹构建自由能面，为电化学电流-过电位关系提供第一性原理路径，并在金电极CO2氧化还原中展示该方法。
2026-06-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph quant-ph
Interfacial spin-orbitronic effects controlled with different oxidation levels at the Co|Al interface
本研究针对经典铂-钴-氧化铝体系，探究Co|Al界面氧化水平及金属Al厚度对界面自旋轨道效应的调控，发现磁各向异性两次符号反转、手性相互作用三倍变化的现象，揭示了轨道杂化与应变的关键作用。
2024-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Automated Analysis to Reveal Grain Boundary Phase Microstructures
Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Northwestern University（西北大学）
该研究开发了一种自动化工具，可对平面重合位置点阵晶界进行微结构映射，识别晶界相分布、量化相特异性过剩性质并估算相界伯格斯矢量含量，为晶界演化研究提供支撑。
2026-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Towards First Principles prediction of Voltage Dependences of Electrolyte/Electrolyte Interfacial Processes in Lithium Ion Batteries
在锂离子电池中，Li+嵌入和与电极的钝化相关联的过程由所施加的电压控制，所施加的电压又与固相和液相之间的Li+转移的自由能变化（Δ G_t）相关联。利用从头算分子动力学（AIMD）和热力学积分技术，计算了Li+从LiC（6）阳极板（暴露于原始基面）到限制在纳米间隙中的液体碳酸乙烯酯的虚拟转移Δ G_t。在带负电荷的LiC（6）阳极上，在Δ G_t=0时开始脱锂。这些负表面电荷显然是将Li+保留在电极内所需的，并且应该影响钝化（“SEI”）膜形成过程。在更大的电子表面密度下观察到快速电解质分解。通过将实验已知的电压（0.1V相对于Li+/Li金属）分配给预测的脱锂起始，获得绝对电势标度。这使得AIMD研究中使用的模拟单元中的电压校准成为可能，并为未来预测电池界面过程中的电压依赖性铺平了道路。
2013-12-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
A locally ab initio computational framework for arbitrary incommensurate materials interfaces
Cornell University（康奈尔大学）
该研究提出一种可扩展的局域从头算计算框架，利用Wannier哈密顿量的近邻性构建任意材料界面的电子哈密顿量，经扭转双层石墨烯验证可重现实验特征并预测准周期平带态，为非公度界面的第一性原理研究提供实用途径。
2026-09-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Interfacial Behavior from the Atomic Blueprint: Machine Learning-Guided Design of Spatially Functionalized a-SiO2 Surfaces
Université de Lorraine, CNRS, LEMTA（洛林大学、法国国家科学研究中心、材料科学与技术实验室）
本研究通过多尺度模拟揭示了非晶二氧化硅表面功能团空间排列对界面行为的影响，发现特定排列可增强表面稳定性并调控氢键作用。
2026-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Radical-Induced Changes in Transition Metal Interfacial Magnetic Properties: A Blatter Derivative on Polycrystalline Cobalt
本研究通过在多晶钴上沉积Blatter自由基衍生物单层，结合软X射线技术和ab initio计算，全面揭示了钴-自由基界面的电子结构与磁性变化，发现分子与表面强杂化导致钴原子磁矩降低，为自旋电子学应用提供了界面预筛选方法。
2024-02-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The criterion of planar instability in alloy solidification under varying conditions: A viewpoint from free energy
本文研究了变化条件下合金凝固的平面失稳问题，结合理论模型与相场模型分析其动态演化，提出界面过剩自由能与界面能是平面失稳的临界参数判据，并通过模型对比与不同晶体取向实验验证了该判据。
2023-03-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Charge Distributions in Metallic Alloys: a Charge Excess Functional theory approach
本文从变分原理导出了金属合金中局域电荷过剩（DLC）的分布。一个现象学的电荷过剩功能（CEF）理论，这是由三个浓度依赖性，材料的具体，参数，可以从{ \it从头计算}计算。该理论需要适度的计算工作，并再现具有良好的精度的DLC和静电能量的有序，取代无序或隔离金属合金，因此，可以被认为是一种有效的方法替代传统的电子结构计算。计算时间的大幅减少为理解金属系统及其力学性能开辟了新的视角。
2003-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Preserving the 7x7 surface reconstruction of clean Si(111) by graphene adsorption
我们采用室温超高真空扫描隧道显微镜（UHV STM）和{ \em ab-initio}计算来研究吸附在Si（111）$-$ 7 $\times$ 7表面上的石墨烯薄片。该半导体衬底的特征7 $\times$ 7重构可以在所有扫描偏压下通过石墨烯解析，因此表明半导体衬底的原子构型在石墨烯吸附时不改变。大规模的{ \em ab-initio}计算证实了这些实验观察结果，并指出界面石墨烯和硅原子之间缺乏化学键合。我们的工作为石墨烯和高活性表面之间的原子级化学提供了深入了解，指导了石墨烯基异质结构中未来的钝化和化学相互作用工作。
2015-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Unexpected Structures for Intercalation of Sodium in Epitaxial Graphene-SiC Interfaces
我们使用扫描隧道显微镜，光谱学和从头计算，几个嵌入结构存在于SiC（0001）上的外延石墨烯中的钠。插层在室温下发生，Na电子掺杂石墨烯。它插层在单层石墨烯和富碳界面层之间。它还渗透到界面层下方并将其折叠以形成第二石墨烯层。这种去耦加速退火，并验证了直接钠沉积到界面层。我们的观察表明，石墨烯中的嵌入与石墨中的嵌入有着根本的不同，并且是一种多功能的电子控制手段。
2011-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Support-mediated activation and deactivation of Pt thin films
用从头算方法研究了α-Al 2 O3负载Pt膜界面上的电荷分布，并考虑了该界面对CO吸附的影响。我们表明，静电电荷转移和共价键合的组合控制的界面相互作用，这些相互作用在金属的反应性中起着重要的作用。通过改变界面和在纳米级范围内改变Pt膜厚度，可以显著增强或减弱CO吸附。这些观察结果可用于调整Pt颗粒的反应性。
2004-10-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.comp-ph
Experimentally Probing the Libration of Interfacial Water: the Rotational Potential of Water is Stiffer at the Air/Water Interface than in Bulk Liquid
液态水的大多数性质是由它的氢键网络决定的。因为形成水界面需要终止该网络，所以人们可能期望界面水的分子水平性质与本体水显著不同。有趣的是，许多先前的实验和理论工作已经发现，从它们的时间平均结构和皮秒结构动力学的角度来看，在空气/水界面处的氢键结合的OH基团与在大量液态水中的氢键结合的OH基团的行为相同。在这里，我们报告的第一个实验观察界面水的天平动（即受抑旋转）使用基于激光的技术振动和频光谱。我们发现这种模式的频率为834 cm $^{-1}$，比相同温度下的散装液态水高$\approx 165$ cm $^{-1}$，与散装冰相似。由于振动频率与水的旋转势的刚度成比例，因此这种增加表明在空气/水界面处终止本体水的氢键网络的一个效果是阻碍水围绕完整的氢键的旋转。由于在散装液态水的天平动起着关键作用，在稳定反应中间体和耗散多余的振动能量，我们希望能够探测这种模式在界面水在水界面的非均相反应的动力学打开新的视角。
2017-11-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Revisiting the Electrified Pt(111)/Water Interfaces through an Affordable Double-Reference ab-initio Approach
本文提出结合混合隐式/显式溶剂化模型的经济GC-DFT方法，用于重新研究带电Pt(111)-水界面，准确复现电容并揭示水分子取向与氢吸附的关键作用。
2023-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Uniaxial stress tuning of interfacial thermal conductance in cubic BAs/4H-SiC heterostructures
利用近第一性原理精度的机器学习势和非平衡分子动力学，研究 cBAs/4H-SiC 界面热导，发现 B-C 键合及垂直单轴应力可显著提升 ITC。
2025-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Predicting Interface Structure using the Minima Hopping Method with a Machine Learning Interatomic Potential
Northwestern University（西北大学）；Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院）；Max Planck Institute for Solid State Research（马克斯·普朗克固相研究所）；The Grainger College of Engineering, University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格兰格工程学院）；Materials Research Laboratory, The Grainger College of Engineering, University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格兰格工程学院材料研究实验室）；Robert Bosch Research and Technology Center（罗伯特·博世研究与技术中心）
本研究提出结合最小值跳跃法与机器学习互作用势的方法，用于高效预测界面结构，验证了其在SrTiO3晶界中的预测能力与实验结果的一致性。
2026-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Spin-memory loss due to spin-orbit coupling at ferromagnet/heavy-metal interfaces: Ab initio spin-density matrix approach
电子穿过铁磁金属/重金属（FM/HM）、FM/正常金属（FM/NM）和HM/NM界面时的自旋记忆损失（SML）是解释大量自旋电子学实验的基本现象。然而，它的强度提取拟合实验数据的唯象半经典理论，它取代了每个接口由一个虚构的散装扩散层，是很难理解的微观量子框架和/或材料性能。在这里，我们使用自旋密度矩阵描述了一个系综的流动自旋量子态，使SML测量像任何退相干过程的非对角元素的衰减，或等效地，通过减少的幅度的偏振矢量。通过结合这个框架与密度泛函理论（DFT），我们研究如何所有三个组件的极化矢量的变化在Co/Ta，Co/Pt，Co/Cu，Pt/Cu和Pt/Au界面嵌入Cu/FM/HM/Cu垂直异质结。此外，我们还利用从头算格林函数计算了界面附近FM、HM和NM单层的谱函数和自旋织构，定量了界面自旋轨道耦合，解释了长期困扰我们的SML的微观起源，如为什么在Co/Cu界面SML不为零，为什么在Pt/Cu界面SML很大，为什么在Pt/Cu界面SML很小，为什么在Pt/Cu界面SML很小，为什么在Pt/Cu界面SML很大，为什么在Pt/Cu界面SML很小。以及为什么它甚至在界面处没有无序、混合和磁振子的情况下也会发生。
2017-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of s-d interfacial scattering on the magnetoresistance of magnetic tunnel junctions
本文提出了一种双带s-d模型，从理论上描述了F/O/F型磁性隧道结中自旋相关电子输运的扩散机制，其中F为3d过渡金属铁磁层，O为绝缘间隔层.我们的目的是解释强界面的MTJ的隧道特性的敏感性和调查的电子散射在非理想界面上的TMR幅度的退化的影响。采用广义久保形式和格林函数方法计算了系统的电导率。的电导率的顶点修正被发现与使用“阶梯”近似结合的相干势近似（CPA），允许考虑强电子散射的情况下。它表明，沃德恒等式是满意的框架内，这种近似提供了必要条件的隧道电流守恒。基于对弹道结TMR的从头计算结果，我们假设交换分裂准自由类s电子对TMR效应的贡献主要是由于自旋子带的态密度较大.我们表明，由于界面带间散射，TMR可以大大降低，甚至下降到零值。这与离域准自由电子可以散射到强定域d子带中的事实有关，与多数自旋相比，少数自旋在费米能量处的态密度更大。研究还表明，自旋翻转电子在界面内的表面磁振子上的散射导致有限温度下TMR的进一步降低。
2001-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Strain effects to optimize the thermoelectric properties of hole-doped La$_2$NiO$_{4+δ}$ via ab initio calculations
系统La $_2$ NiO $_{4+δ}$的热电性质最近已经通过从头计算进行了讨论[Phys.Rev.B86，165114（2012）]。通过合理的热电势和热电优值计算，得到了最佳的空穴掺杂值。在这里，通过晶格应变和相应的原子弛豫的热电性能的大幅增加被预测。通过在不同的衬底上生长材料的薄膜，这种增加在实验上是可以实现的。小的拉伸应变将在高温下产生大的热电优值，$zT$ $\sim$ 1在氧过量$δ$ $\sim$ 0.05 - 0.10的范围内，并且面内晶格参数在3.95 - 4.05 Ω的范围内。在该相对宽的参数范围内，获得接近200 $μ$ V/K的热电势值。该化合物的最佳性能预计出现在高温极限。
2013-03-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ab-initio calculation of all-optical time-resolved calorimetry of nanosized systems: Evidence of nanosecond-decoupling of electron and phonon temperatures
在300 ~ 1.5K温度范围内，研究了超短激光脉冲在纳米尺度系统（即全光时间分辨纳米量热法）中诱导的热动力学。我们报告从头计算描述的温度依赖性的电子-声子相互作用的Cu纳米盘支持在Si上。电子和声子的温度被发现在10 K，这是两个数量级的过量相对于标准的低温运输实验中发现的ns时间尺度上去耦。通过解释我们的结果背后的物理学，我们提出了一种替代路线，通过用时域实验取代传统实验的mK温度要求，来彻底改变纳米级系统中电子-声子解耦机制的现有知识。
2010-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Modeling and Inverse Identification of Interfacial Heat Conduction in Finite Layer and Semi-Infinite Substrate Systems via a Physics-Guided Neural Framework
Shanghai University（上海大学）；Tongji University（同济大学）；Zhejiang Laboratory（之江实验室）
本研究提出HeatTransFormer，一种物理引导的Transformer架构，用于解决界面主导的热扩散问题，实现对有限层和半无限基底系统中界面热传导的高效建模与反向识别。
2025-12-02 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Electrified Metal-Water Interfaces at Constant Potential: Data-Efficient Transfer Learning for Machine-Learning-Based Molecular Dynamics
Politecnico di Torino（都灵理工大学）；Italian Institute of Technology（意大利理工学院）
TRECI通过迁移学习高效构建机器学习力场，实现高精度恒电位分子动力学模拟，显著降低计算成本并拓展电化学建模应用。
2026-10-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
The role of solute concentration in interface instability during alloy solidification: A viewpoint from the free energy
凝固组织是由界面过程与热、溶质输运过程的相互作用决定的。本文研究了定向凝固中的平面不稳定性。首先，模拟了生长初期的界面演化过程，表明平面不稳定性表现为从平面到胞状的转变。其次，为了表示凝固的历史依赖性，在模拟中使用恒定的热梯度G和变化的拉速VP。结果表明，冷却速率R（= G*VP）控制界面的整体传播速度，以维持局部热力学平衡。溶质偏聚通过改变界面处的过剩自由能和相应的界面能来决定界面的稳定性。最后，对具有不同择优取向的晶粒进行了模拟，结果表明表面能及其各向异性不影响溶质扩散和平面生长。同时也验证了溶质偏聚影响界面能，导致界面不稳定的结论。另一方面，对于平面-胞状转变，最小表面刚度准则比最大表面能准则更适用。溶质浓度对过剩自由能和界面能的影响可以应用于其他由界面不稳定性引起的凝固模式，这将在未来进行研究。
2022-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Bond formation at polycarbonate | X interfaces (X = Al$_2$O$_3$, TiO$_2$, TiAlO$_2$) studied by theory and experiments
本文结合从头算分子动力学模拟与XPS实验，系统研究了聚碳酸酯与Al₂O₃、TiO₂、TiAlO₂三种金属氧化物界面的键形成机制，揭示了键类型、键密度和键强度的协同作用决定了界面结合强弱。
2023-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Simulations of Oxide-Water Interfaces using Machine Learning Potentials
针对氧化物-水界面原子模拟从头算计算成本过高的问题，本文综述了机器学习势（MLPs）在该领域的最新应用进展、相关界面反应活性研究洞见，以及现存挑战与未来方向。
2025-10-30 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Saddle-node bifurcation in interfacial morphology selects battery degradation phase
BEI corp.（BEI公司）
本文提出一个最小非线性闭合ODE模型，研究电池界面动态活性区域因子的分岔行为，揭示表面粗糙度饱和时的鞍点分岔，分析不同电极配置的稳定性与退化阶段。
2026-05-11 cond-mat.mtrl-sci
The Excess Proton at the Air-Water Interface: The Role of Instantaneous Liquid Interfaces
水表面pH值的大小仍然是水界面物理化学中一个有争议的话题。最近的理论研究表明，与本体\cite{baer2014toward}相比，质子很少或没有优先位于表面。使用从头算分子动力学模拟，我们重新审视的倾向，过量的质子的空气-水界面的瞬时液体界面的作用，特别关注。我们发现质子倾向于水的表面。质子周围增强的水结构导致存在平行于表面的质子线以及由欠协调拓扑缺陷水分子组成的疏水环境，这两者都为质子限制在表面创造了有利条件。结构化水层内的Grotthuss机制涉及协调一致和紧密间隔的逐步质子跳跃的混合物。质子在第一溶剂化层内靠近或沿着瞬时界面进行漂移。
2017-03-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
