Mesoscale computational study of the nano-crystallization of amorphous Ge via a self-consistent atomistic - phase field coupling
锗是许多相变材料中的基本元素，即可以在其结晶相和非晶相之间进行可逆转变的系统。它们被广泛用于当前的数字电子产品中，并为下一代非易失性存储器设备带来了巨大的希望。然而，这些应用所需的超快相变可能是非常复杂的，即使是单组分系统，这些现象的物理理解仍然缺乏。在本文中，我们研究了在高温下从非晶薄膜结晶Ge的成核和生长相场模型通知的基本材料性质的原子计算。的原子计算捕获的Ge晶格的各向异性，这导致在界面能和迁移率的取向依赖性的全部。这些取向关系，然后准确地恢复相场模型在有限厚度通过一种新的参数化策略的基础上的不变性解决方案的Allen-Cahn方程。通过这种多尺度方法，我们研究了成核和生长之间的相互作用，发现结晶Ge晶粒的平均半径和成核速率之间的关系遵循简单的Avrami型标度律。我们认为，这些可以用来覆盖一个广泛的区域的成核率空间，从而方便与实验比较。
2013-12-13 cond-mat.mtrl-sci
A nexus between 3D atomistic data hybrids derived from atom probe microscopy and computational materials science: a new analysis of solute clustering in Al-alloys
溶质团簇影响合金的物理性质。溶质团簇的原子结构的知识是材料优化的先决条件。在这项研究中，溶质团簇在快速硬化Al-Cu-Mg合金的特征在于由原子探针层析成像和密度泛函理论的组合，利用混合数据类型，结合晶格整流和数据完成直接输入实验数据到原子模拟。原子模拟的集群输入，从而观察实验，减少可能的配置的数量。我们的研究结果表明，球形，紧凑的集群是更积极有利的，更丰富。
2017-01-09 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
Preferential Composition during Nucleation and Growth in Multi-Principal Elements Alloys
本文通过分子动力学模拟五元等原子比 CoCrCuFeNi 合金的结晶，发现内能驱动的择优成分分布使晶核富集 Fe 和 Co，并导致纳米尺度短程有序与成分梯度。
2023-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Chemical Ordering and Crystal Nucleation at the Liquid Surface: A Comparison of $\rm{Cu}_{50}\rm{Zr}_{50}$ and $\rm{Ni}_{50}\rm{Al}_{50}$ Alloys
研究了汽液界面对过冷金属合金晶化动力学的影响。虽然良好的玻璃形成剂$\rm{Cu}_{50}\rm{Zr}_{50}$没有显示出结晶的表面增强的证据，但由于在自由液体表面处的非均质成核，$\rm{Ni}_{50}\rm{Al}_{50}$显示出增加的结晶速率。在界面处的组成波动的差异提出了两种合金之间的区别的解释。具体而言，我们观察到的$\rm{Ni}_{50}\rm{Al}_{50}$的表面的组成顺序，而$\rm{Cu}_{50}\rm{Zr}_{50}$合金只表现出扩散吸附的Cu在界面处。我们认为，在平面表面的组合物结晶性的一般差异是一个重要的因素，在理解这两种合金的玻璃形成能力的差异。
2019-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of irradiation induced microstructures in the AgCu model alloy using a multiscale method coupling atomistic and phase field modelling
本文发展了一种基于相场的多尺度方法，从原子尺度到微结构尺度，模拟了二元体系在辐照下的微结构演化。为此，开发了一种有效的数值方案。在氪离子辐照下的AgCu合金的情况下，使用原子的方法计算的唯象参数，作为温度和辐照通量的函数。预测了辐照通量和温度对图案化微结构形成的影响。在AgCu的情况下，我们的模型进行了定性和定量验证的衍射实验研究。
2016-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Alloy surface segregation in reactive environments: A first-principles atomistic thermodynamics study of Ag3Pd(111) in oxygen atmospheres
我们提出了一个第一性原理的原子热力学框架来描述的结构，成分和偏析的合金表面接触（反应）的环境。该方法是说明与应用程序的Ag 3 Pd（111）表面在氧气气氛中，我们分析的偏析，吸附和表面自由能的趋势。我们观察到的各种合金表面配置上的氧吸附能的范围很广，包括结合，是强于Pd（111）表面和弱于Ag（111）表面。这和考虑，即使是少量的非化学计量在有序的大块合金被发现是至关重要的，以准确地模拟Pd的表面偏析发生在越来越多的O-丰富的气相。
2008-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Unusual crystallization behavior close to the glass transition
利用分子模拟，我们揭示了金属合金中晶体成核的机制，并揭示了晶体成核和玻璃化转变之间的相互作用，因为结晶的条件接近这种转变。虽然降低结晶温度通常会导致较低的自由能垒，我们发现一个意想不到的逆转行为的玻璃形成合金的结晶温度接近玻璃化转变。为此，我们模拟结晶过程中的两个玻璃形成铜合金，$Ag_6Cu_4$，它具有积极的混合热，并在$CuZr$，其特征在于由一个大的负混合热。我们的研究结果使我们能够确定，这种不寻常的行为是直接相关的非单调的温度依赖性的形成能量的连接二十面体结构，这是不相容的结晶顺序，并阻碍发展的晶核，导致一个意想不到的更大的自由能垒在低温下。这反过来又促进了一个主要是紧密堆积的临界核的形成，具有更少的缺陷，从而提出了一种控制晶核结构的新方法，这在催化中至关重要。
2021-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Strengthening of Al-Cu alloys by Guinier-Preston zones: predictions from atomistic simulations
基于分子静力学和分子动力学模拟，结合过渡态理论，提出了一种确定含Guinier-Preston区的Al-Cu合金流变应力的尺度桥接方法。对流动应力的非热贡献由泰勒模型确定，而热贡献由障碍强度和自由能垒获得。这两个量级是通过对两个不同取向的Guinier-Preston带与刃位错相互作用的分子静力学和分子动力学模拟得到的。该模型的预测与实验数据进行了比较，并在合理的协议，显示出潜在的原子模拟结合过渡态理论预测的金属合金的流动应力与沉淀强化。
2019-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Face-centered cubic crystallization of atomistic configurations
我们解决的问题是否三维晶体是经典的多体能量的最小化。这个问题是概念上的相关性，因为它提出了一个重要的里程碑，朝着理解，在原子水平上，现象，如熔化或塑性行为。我们描述了一组旋转和旋转不变的两体和三体能量，使得所有n粒子配置中每个粒子的能量最小值收敛到面心立方（fcc）晶格中每个粒子的能量趋于无穷大。证明涉及面心立方晶格的对称性的仔细分析。
2014-07-02 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.AP
Atomistic mechanism of corrosion-induced grain boundary migration in NiCr alloys in molten FLiNaK
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
研究镍铬合金在熔融FLiNaK中腐蚀诱导晶界迁移的原子机制，用反应分子动力学研究四个代表性晶界及体表面腐蚀，发现表面晶体学和晶界特征对腐蚀的影响，识别出腐蚀驱动的晶界迁移机制，指出低能特殊边界是晶界工程目标。
2026-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic spin model of single pulse toggle switching in Mn$_2$Ru$_x$Ga Heusler alloys
亚铁磁合金的单次飞秒脉冲触发开关是超快自旋电子学的重要组成部分。非常不同的元素特定的退磁动力学被认为是一个硬限制切换亚铁磁体。这表明，由两种不同性质的离子组成的亚铁磁体，如稀土过渡金属合金，是开关所必需的。然而，在Mn $_2$ Ru $_x$ Ga Heusler合金中的切换开关的实验观察已经对该限制提出了质疑，因为Mn离子具有相同的性质。为了阐明这个问题，我们提出了一个原子自旋模型来模拟Mn $_2$ Ru $_x$ Ga的单脉冲触发开关.进入我们的模型的磁性参数是从以前的实验观测中提取的。我们表明，我们的模型是能够定量再现测量的单脉冲触发开关的磁化动态。我们表明，不同的是以前的理解切换开关在锰$_2$ Ru $_x$镓是可能的，即使当两个Mn亚晶格在非常相似的速率退磁。
2022-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling the crystallization kinetics in Ge-rich Ge$_x$Te alloys by large scale simulations with a machine-learned interatomic potential
本文开发了一种高精度的机器学习原子间势，用于大规模分子动力学模拟，揭示了富Ge的Ge$_x$Te合金中依赖于温度的相分离与结晶动力学机制，为提升相变存储器性能提供了重要参考。
2024-04-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Fracture of complex metallic alloys: An atomistic study of model systems
采用分子动力学模拟对复杂金属合金（CMA）的两种极端情况进行了裂纹扩展的模拟：在模型准晶中，结构由原子团簇决定，而模型C15 Laves相是一个简单的单胞周期性堆积。模拟结果表明，结构的基本建筑单元也决定了它们的断裂行为。拉夫斯相中的原子所起的作用与准晶中的团簇相当。虽然后者不是严格的单位，但它们必须被视为重要的物理实体。
2007-04-11 cond-mat.mtrl-sci
The impact of alloying elements on the precipitation stability and kinetics in iron based alloys: An atomistic study
本研究通过DFT计算与动力学蒙特卡罗模拟，探究合金元素对铁基合金析出相的影响，发现Mn、Ni及微量P、Si可显著延缓析出动力学，Si对混合团簇形成至关重要。
2025-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Enhancing entropy and enthalpy fluctuations to drive crystallization in atomistic simulations
结晶是一个非常实用的过程，其中罕见但关键的波动导致从液体开始形成固相。就像所有的一阶相变一样，焓和熵之间存在相互作用。基于这一思想，为了在分子模拟中驱动结晶，我们引入了两个集体变量，一个是熵，另一个是熵。以这种方式定义，这些集体变量不会预先判断系统将具体化为什么样的结构。我们通过研究分别以面心立方和体心立方晶体结构结晶的钠和铝的情况，展示了这种方法的实用性。使用这两个通用的集体变量，我们进行变分增强的采样和回火metadhesics模拟，并发现系统之间的液体和固体相自发地和可逆地转变。
2017-03-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Weak crystallization theory of metallic alloys
我们将弱结晶理论推广到金属合金的情况。额外的成分-巡回电子-产生非平凡的依赖自由能之间的角度排序波矢量的离子密度。这导致FCC、菱形面体和二十面体准晶（iQC）相的稳定化，这在只有局部相互作用的一般理论中是不存在的。我们发现的iQC的稳定性的条件，是一致的休谟-Rothery规则的经验已知的大多数稳定的iQC，即，主布拉格峰波矢的长度约等于费米面的直径。
2015-06-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.str-el
Surface Crystallization in a Liquid AuSi Alloy
X射线测量揭示了在高于合金的熔点的温度下，在共晶液体Au_{82} Si_{18}的表面处的结晶单层。表面诱导的原子分层，液态金属的标志，也被发现低于结晶单层。然而，分层深度是迄今为止研究的所有液态金属的三倍。表面单层的结晶度是值得注意的，考虑到AuSi在任何浓度和温度下都不会形成稳定的块状结晶相，并且迄今为止在任何纯液体金属或非稀释合金中都没有检测到结晶表面相。这些结果进行了讨论，最近提出的模型的非晶合金。
2006-07-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Reinvestigation of the intrinsic magnetic properties of (Fe$_{1-x}$Co$_x$)$_2$B alloys and crystallization behavior of ribbons
本文报道了（Fe $_{1-x}$ Co $_x$）$_2$ B合金单晶磁各向异性的新测定方法。用标准的Callen-Callen理论讨论了各向异性常数的反常温度依赖性，结果表明该理论不足以解释实验结果。使用第一性原理计算和无序矩方法的更具体的材料研究给出了更一致的实验数据的解释。由于与$x=0.3-0.35$的合金的内在性能是有前途的永磁体的应用，初始调查的外在性能进行了说明，特别是与Cu，Al和Ti添加的熔体旋转带的结晶。先前在该系统中开发显著滞后的尝试是不成功的。我们的熔体纺丝实验表明，该系统显示出快速结晶。
2020-07-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Atomistic modeling of interfacial segregation and structural transitions in ternary alloys
通过掺杂剂偏析的晶界工程可以显著改变材料的性质。对于金属系统，目前大多数关于晶界结构的界面偏析和随后的转变的研究仅限于二元合金，然而许多重要的合金系统包含一种以上类型的掺杂剂。本文采用MonteCarlo/分子动力学模拟方法研究了Cu-Zr-Ag和Al-Zr-Cu两种模型三元合金体系中杂质在界面上的行为。边界偏析的趋势进行了研究，以及在高温和掺杂浓度的晶界结构变得无序的倾向。对于Al-Zr-Cu，我们发现这两种溶质倾向于占据晶界的不同位置，导致协同掺杂效应。或者，对于Cu-Zr-Ag，存在位置竞争，因为优选的偏析位置相同。最后，我们发现通过控制不同溶质元素的浓度比，可以在三元体系中形成较厚的非晶间膜。
2018-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Surface segregation in multicomponent high entropy alloys: Atomistic simulations versus a multilayer analytical model
本文比较了两种方法，用于调查近表面的成分分布，结果在所谓的康托合金，CoCrFeMnNi等摩尔合金的表面偏析。一种方法包括原子的计算机模拟的Monte Carlo，分子动力学和分子静力学技术相结合，另一种是最近邻分析计算进行的正规溶液近似与多层模型，这里首次开发的N-组分系统和测试的5-组分康托合金。这种类型的比较是有用的，因为典型的计算机模拟需要使用~100个并行处理器2至3小时，而通过分析模型的类似计算可以在几秒钟内在笔记本电脑上执行。所获得的结果表明，这两种方法之间的定性良好的协议。因此，虽然计算机模拟的结果可能更可靠，并且提供了原子尺度的图片，但是如果需要大量的计算，例如为了优化多组分合金的组成，则通过分析模型对组成空间的初始筛选可以提供缩小感兴趣区域的非常有用的手段，以同样的方式，CALPHAD方法允许在复杂的多元体系中快速研究相图。
2020-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Basal dislocation/precipitate interactions in Mg-Al alloys: an atomistic investigation
用原子模拟方法研究了$β$ -Mg $_{17}$ Al $_{12}$析出相与刃型位错的相互作用.开发了一种策略，以在原子模型中的Mg基体内插入具有Burgers取向关系的菱形Mg $_{17}$ Al $_{12}$沉淀，确保基体/沉淀界面接近最小能量配置。结果发现，位错绕过沉淀形成的奥罗万环，进入沉淀。在沉淀物内，位错不能进一步前进，直到更多的位错克服沉淀物并推动初始环以沿着平行于Mg的基面的（110）面剪切沉淀物。随着更多的位错克服沉淀物，最终重复该过程，并且位错/沉淀物相互作用的这种机制与实验观察一致。此外，初始解析的剪切应力绕过沉淀物是与培根-Kocks-Scattergood模型的预测。
2019-09-21 cond-mat.mtrl-sci
An atomistic investigation of the interaction of dislocations with Guinier-Preston zones in Al-Cu alloys
用原子模拟方法研究了Al-Cu合金中刃型位错与Guinier-Preston区的相互作用。用分子静力学、分子动力学和轻推弹性带方法计算了不同的热力学函数，这些函数决定了位错滑移的障碍物的特征。结果发现，Guinier-Preston区被位错剪切，并且位错克服沉淀物的速率由激活能$ΔU$控制，与谐波过渡态理论的假设一致。此外，熵对亥姆霍兹活化自由能的贡献在1.3-1.8 $k_b$的范围内，这可以与固体的典型振动熵相关联。最后，作为温度的函数的初始剪切流应力的估计进行了从由原子模拟提供的热力学数据。与实验结果的比较表明，随机的沉淀分布和位错的字符和位错/沉淀取向的影响，必须考虑到在模拟中，以更好地再现实验。
2018-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Study of the Electronic Contact Resistivity Between the Half-Heusler Alloys (HfCoSb, HfZrCoSb, HfZrNiSn) and the Metal Ag
Half-Heusler（HH）合金在中高温区具有良好的热电性能。为了利用这些材料特性用于热电应用，重要的是实现具有低接触电阻率的电接触。然而，很少有人知道这种接触的详细结构和电子特性，以及接触电阻率的预期值。在这里，我们采用原子从头计算研究的一个子类的HH合金组成的化合物HfCoSb，HfZrCoSb，和HfZrNiSn的电接触。通过使用银作为一个原型金属，我们表明，HH材料的终止决定了界面处是否存在强烈的变形。我们的研究包括与掺杂材料的接触，结果表明，p型材料通常形成欧姆接触，而n型材料有一个小的肖特基势垒。我们计算的接触电阻率的温度依赖性在低到中等温度范围内，并提供定量值，这些系统的下限。
2018-06-04 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
Atomistic spin dynamics of the CuMn spin glass alloy
我们演示了使用朗之万自旋动力学研究一个典型的自旋玻璃系统的动力学性质。在CuMn（20%Mn）上进行模拟，在那里我们研究了系统突然淬火到低温相后的弛豫。该系统由海森堡哈密顿量，其中海森堡相互作用参数通过第一性原理密度泛函理论计算。通过数值求解原子自旋的朗之万运动方程进行模拟。它示出的动力学，在很大程度上，由阻尼参数的运动方程和系统的大小。对于大阻尼和大系统尺寸，我们观察到典型的老化制度。
2008-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Mechanisms of Stress-Dependent Molten Salt Corrosion in NiCr Alloys
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Idaho National Laboratory（爱达荷国家实验室）
研究揭示了应力状态对熔融盐中晶界腐蚀的影响，通过分子动力学模拟发现拉伸应力加速晶间腐蚀，而压缩应力抑制腐蚀，通过表面层形成限制盐渗透。
2026-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Numerical Investigation of Mechanical Properties of Aluminum-Copper Alloys at Nanoscale
纳米压痕是一种强大的工具，能够提供在纳米尺度上的材料弹性和塑性响应的基本见解。纳米尺度的合金特别有趣，因为原子研究揭示的局部异质性和变形机制为理解硬化机制提供了更好的方法，以构建更坚固的材料。本文采用原子模拟的方法研究了Al-Cu合金中的纳米压痕，通过位错驱动机制研究了加载方向、Cu合金化比例对压痕的影响。此外，一个低保真度的有限元（FE）模型已被开发用于纳米压痕模拟，其中纳米级材料的属性是从原子模拟。材料性能，如硬度和折合模量，计算从FE和MD模拟，然后比较。考虑到这两种数值方法之间的根本差异，从本研究中得到的有限元结果符合相当从MD模拟。这为在不需要高保真度结果的情况下使用FE以减少的模拟时间和成本找到合金的材料特性铺平了道路。计算结果包括载荷-位移分析、位错密度、位错环形核与扩展、应力分布和表面压痕。本文所采用的将原子数据纳入有限元模拟的技术可以进一步扩展，以寻找其他复杂合金材料的力学和断裂性能。
2020-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of the interaction of basal dislocations with MgZn$_2$ precipitates in Mg alloys
采用新的原子间相互作用势，对Mg边基面位错与棒状$β_1'$ -MgZn $_2$沉淀相的相互作用进行了原子模拟研究。原子模型的建立考虑到了基体和沉淀物之间的取向关系的实验信息，以确保最小的能量界面。发现位错最初通过形成穿透沉淀物的奥罗万环而克服沉淀物。在几个Orowan环堆积后，最终剪切沉淀物。剪切沉淀物所需的环的数量随着沉淀物横截面的减小和温度的升高而减小，但与沉淀物间距无关。结晶剪切没有发生沿定义明确的晶面，但它是由沉淀物中的弹性能的积累，最终导致形成的非晶层下方和上方的滑移面的基底位错触发。通过这种机制在沉淀物中诱导的扭结与透射电子显微镜观察结果非常一致。
2020-05-09 cond-mat.mtrl-sci
On phase separation and crystallization of Ge-rich GeSbTe alloys from atomistic simulations with a machine learning interatomic potential
University of Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）
本文提出一种机器学习互原子势，用于模拟Ge富GeSbTe合金的相分离与结晶过程，揭示短时间操作条件下动力学效应导致的非平衡相变机制。
2026-04-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Dissecting functional degradation in NiTi shape-memory-alloys containing amorphous regions via atomistic simulations
利用分子动力学模拟对小尺度下记忆合金的功能退化进行了详细的研究。实验报告的积累的塑性形变和循环机械载荷下的残余应变的异常突然增加的起源解释有关的原子尺度过程的详细见解。我们的工作表明，形状记忆合金柱循环压缩下的机械响应显着影响的存在下的非晶状表面区域的实验诱导的聚焦离子束铣削。循环载荷下观察到的超弹性退化的主要因素是累积的塑性形变和由此产生的残留马氏体起源于非晶和结晶形状记忆合金区域的协同贡献。我们表明，报告的应力平台和滞后循环载荷下的突然减少是由于非晶相的存在下，马氏体相的稳定性增加所造成的。基于所确定的机制负责的退化，我们验证报告的方法恢复超弹性，并提出了一种新的方法来禁止协同贡献的非晶和结晶区域，如实现可持续经营的记忆合金在小规模。
2021-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of ductile failure in a b.c.c. high entropy alloy
研究了含孔洞的体心立方结构HfNbTaZr高熵合金（HEA）的韧性断裂。利用分子动力学模拟，研究了孔洞半径对材料弹性模量和屈服应力的影响。弹性模量与闭孔泡沫中的孔隙率成比例。位错成核的临界应力作为一个功能的空隙半径是非常好的描述后，纯体心立方金属设计的模型，考虑到一个更大的核心半径的HEA。孪晶作为一种互补的变形机制而发生，在大应变时发生一些去孪晶。未发现固-固相变。元素尺寸失配和塑性的共同作用导致了显著的晶格无序。通过将我们的HEA结果与纯钽模拟进行比较，我们表明位错成核的临界应力和由此产生的位错密度远低于纯钽，正如由于化学复杂性而导致的较低能量势垒所预期的那样
2022-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Short-range order and precipitation in Fe-rich Fe-Cr alloys: Atomistic off-lattice Monte Carlo simulations
在半巨正则系综下，利用原子间相互作用势，采用原子离格蒙特卡罗模拟方法，研究了富铁Fe-Cr合金中的短程有序. Cowley [Phys.Rev.B77，669（1950）]定义的SRO参数用于量化有序度。与实验一致，在低Cr浓度（~< 5%）下观察到Cr分布中的强有序趋势，如SRO参数的负值所示。在中等Cr浓度（5% ~<cCr ~< 15%）时，α相的SRO参数经历一个极小值，但在溶解度极限时，α相仍表现出较强的SRO。因此，在两相区域内的浓度的热力学平衡中，在整个样品上测量的SRO参数包括来自α相和α ′相的贡献。如果考虑到这两个贡献，就有可能定量地再现实验结果并解释其物理含义。由此表明，实验观察到的SRO反转是由于形成稳定的（超临界）α-总理沉淀。这是不相关的损失的SRO在α-相或不稳定的（亚临界）Cr沉淀物在α-相的存在。
2010-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Extended spin model in atomistic simulations of alloys
本文提出了一个适用于研究合金有限温度磁性的扩展原子自旋模型。该模型是通过扩展海森堡哈密顿量通过参数化从第一原理的基础上，从低温铁磁和高温顺磁参考状态插值。这使我们能够处理不同程度的巡回性质的模型内的磁系统。在居里温度和顺磁性质方面，与以前的理论研究和实验结果都取得了令人满意的一致。所提出的模型不仅限于元素，但也适用于二元合金，如技术上重要的材料坡莫合金，其中显着差异，在有限的磁性Fe和Ni的磁矩被发现。所提出的模型力求找到正确的准确性和计算的准确性建模，即使是复杂的磁性合金和化合物的可行性之间的妥协。
2017-02-16 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Density Functional Theory Study of Solute Cluster Growth Processes in Mg-Y-Zn LPSO Alloys
长周期堆积有序（LPSO）合金中的溶质原子团簇在其特殊的塑性行为中起着关键作用，例如扭结的形成和扭结的强化。识别簇结构的原子细节是LPSO合金原子建模的先决条件，对于提高其强度和延展性至关重要;然而，簇中的间隙原子存在很大的不确定性。虽然密度泛函理论计算表明，在大多数LPSO合金中，Mg间隙原子的夹杂物在能量上是最有利的，但也在间隙位点实验观察到溶质元素。为了预测团簇中间隙原子的分布，并确定存在的元素的种类，有必要确定间隙原子产生的机制。在目前的工作中，我们使用密度泛函理论计算研究溶质团簇的生长过程，特别是Mg-Y-Zn LPSO合金，以确定其溶质团簇的精确原子结构。我们表明，一对间隙原子和空位自发地创建时，一定数量的溶质原子被吸收到集群，所有的完整的集群应包括间隙原子。我们还表明，间隙原子主要是镁，而其余的是Y;间隙Zn原子可以忽略不计。这一知识大大简化了Mg-Y-Zn合金中溶质团簇的原子模型。由于空位从团簇中释放出来，空位密度在溶质团簇生长的区域应该是过饱和的，并且空位密度的增加加速了团簇的生长。
2020-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Surface Crystallization of Monoatomic Pd Metallic Glasses
从无定形原子结构结晶通常被视为追求较低能量状态的自发过程，但对于合金系统，由于固有的结构和组成复杂性，通常难以阐明。在这里，通过电子束照射，我们发现表面限制，从而在单原子Pd金属玻璃，这是由于表面和内部之间的结构差异的系统中的尺寸依赖的结晶。表面晶化的平衡厚度是可控的，这为制备新型纳米结构提供了一种很有前途的方法。该研究被认为提供了从纳米尺度到块体尺寸的固体非晶到结晶相变的一般理解。
2020-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Structure and Magnetic Properties of Vacuum-Annealed CoFeB Thin Films: From Amorphous Alloy to Metastable (Co,Fe)23B6 tau-Boride
Immanuel Kant Baltic Federal University（伊曼纽尔·康德波罗的海联邦大学）；Nelson Mandela University（纳尔逊·曼德拉大学）；Koenigssystems UG（科尼格斯系统有限责任公司）
研究揭示了真空退火CoFeB薄膜中形成亚稳态τ-硼化物（Co，Fe）23B6的机制，提升了磁性性能，为下一代自旋电子器件设计提供新思路。
2025-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic insights into Cu segregation effects on irradiation-induced defect dynamics in medium-entropy alloys
Bangladesh University of Engineering and Technology (BUET)（孟加拉国工程与技术大学）
本研究通过混合分子动力学和蒙特卡洛模拟，揭示了Cu偏析对FeNiCu中辐射诱导缺陷演化的影响，发现CSS结构能有效抑制缺陷簇生长并提升抗辐照肿胀能力。
2025-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Modeling the Elastic Energy of Alloys: Potential Pitfalls of Continuum Treatments
在基廷模型和密度泛函计算的背景下，二元合金的弹性能建模时出现的一些问题进行了讨论。Keating模型是基于二元合金中弹性相互作用的原子模型，使用具有物种依赖平衡长度的谐波弹簧。结果表明，应变场的连续极限是合金线弹性力学的常用方程，它们能正确地反映粗晶位移场。另外，还建立了弹性能的连续极限的欧拉-拉格朗日方程将产生相同的应变场方程。然而，对原子模型的弹性能的直接计算表明，弹性能的连续表示在定性和定量上都是不正确的。这是因为它没有考虑原子尺度的成分不均匀性。重要的是，我们还表明，精细混合的合金往往有更多的弹性能量比隔离系统，这是相反的预测由一些连续理论。它还表明，应变薄膜的传统使用的合金系统的有效失配低估了应变能。在某些模型中，这一缺点是通过包括一个弹性贡献的混合焓，其特征在于在连续浓度方面处理。原子模型的直接计算表明，这种方法有严重的困难。结果表明，弹性对混合焓的贡献是各向异性的和尺度相关的。在Si/Ge和Ag/Pt体系的密度泛函理论计算中也发现了这种效应。这项工作表明，它是至关重要的，包括在任何弹性模型的微观安排，以实现甚至定性正确的行为。
2015-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Investigation of Elementary Dislocation Properties Influencing Mechanical Behaviour of $Cr_{15}Fe_{46}Mn_{17}Ni_{22}$ alloy and $Cr_{20}Fe_{70}Ni_{10}$ alloy
采用分子动力学模拟方法研究了无钴高熵模型合金（$Cr_{15}Fe_{46}Mn_{17}Ni_{22}$ at. %）与奥氏体不锈钢（ASS）（$Cr_{20}Fe_{70}Ni_{10}$，%).最近开发的嵌入原子方法（EAM）的潜力被用来描述合金中的原子相互作用。分子静力学（MS）计算被用来研究位错的本地堆垛层错能（SFE），解离距离方面的性能，而MD被用来调查的解离距离下施加的剪切应力作为温度和应变速率的函数。结果表明，与ASS模型合金相比，HEA合金中的位错移动需要更高的临界应力。的位错迁移率的模拟结果的理论研究表明，一个简单的本构迁移率法允许预测在两种合金中的位错速度超过三个数量级，涵盖声子拖曳制度和热激活制度引起的位错unpinning从本地硬配置。
2022-05-18 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Exploring Solute Behavior and Texture Selection in Magnesium Alloys at the Atomistic Level
本研究通过原子尺度实验和从头算预测，探讨了溶质结合行为对镁合金晶界偏析和退火织构的影响，揭示了Ca与Gd及Zn的协同作用机制，为合金设计提供了新见解。
2023-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Stochastic Continuum Models for High--Entropy Alloys with Short-range Order
高熵合金是一类具有优良工程性能的新型材料。大量的实验和第一性原理/原子模拟已经证明，原子级随机性中的短程有序强烈影响HEAs的性质。在本文中，我们推导出随机连续模型的HEAs与短程秩序的原子模型。得到了一个合适的连续极限，使得在从原子相互作用模型到连续方程的过程中，原子能级随机性的均值和方差以及由特征长度描述的短程有序性保持不变.所得到的短程有序的连续介质模型是一个Ornstein-Uhlenbeck（O-U）过程。这验证了基于Zhang等人[Acta Mater.，166（2019），pp. 424--434]，用于具有短程顺序的HEA。我们推导出这样的随机连续模型与短程顺序的弹性HEAs没有缺陷和HEAs位错（线缺陷）。所得到的随机连续模型是基于能量公式，其变化导致随机偏微分方程。
2022-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of dislocation mobility in Al, Ni and Al/Mg alloys
用分子动力学模拟方法研究了纯铝和镍中刃位错和螺位错以及Al-2.5%Mg和Al-5.0%Mg无规置换合金中刃位错的位错速度和迁移率。在纯材料中，所有位错的速度与（外加应力）/（温度）的比值在低速度接近线性，与声子拖曳模型一致，并获得定量协议与实验的流动性在Al。在较高的速度，观察到不同的行为。刃型位错速度仍然只依赖于（施加的应力）/（温度）高达约1.0 MPa/K，并接近一个平台速度，低于最小的“禁止”的速度预测的连续模型。相比之下，以上的最小的连续波速度的一半左右的速度，螺旋位错阻尼的贡献仅依赖于应力与Eshelby的辐射阻尼模型预测的功能形式接近。在最高的施加应力，有几个政权的近恒定（跨音速或超音速）的速度被禁止的速度附近的速度差距，各种模式的位错解体和失稳也遇到了在这个政权。在合金系统中，有一个温度和浓度依赖的钉扎制度的速度急剧下降到纯金属速度以下。在钉扎区以上但在中等应力下，速度在（施加应力）/（温度）中再次是线性的，但具有比纯金属中更低的迁移率。
2004-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic transport modeling, design principles and empirical rules for Low Noise III-V Digital Alloy Avalanche Photodiodes
一系列III-V族三元和四元数字合金雪崩光电二极管（APD）最近被认为表现出非常低的过量噪声。使用环境依赖的原子紧束缚描述的短周期超晶格的带反转，我们认为，增加有效质量，minigaps和带分裂的组合是主要负责所观察到的优异性能。这些性质显著地限制了一种载流子类型（空穴或电子）的电离速率，使得雪崩倍增过程本质上是单极的。单极行为又降低了乘法增益的随机性。利用考虑量子隧穿的非平衡格林函数方法和考虑散射的玻尔兹曼输运方程模型研究了能带折叠对载流子输运的影响。它示出在这里，载流子输运的带内隧穿和光学声子散射减少的材料具有低过量噪声。基于我们的计算，我们提出了五个简单的不等式，可以用来近似评估数字合金设计低噪声光电探测器的适用性。我们使用这些标准评估多个数字合金的性能，并证明其有效性。
2021-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic mechanisms of binary alloy surface segregation from nanoseconds to seconds using accelerated dynamics
虽然许多合金表面的平衡组成是很好的理解，在退火过程中的瞬态表面偏析的速率是未知的，尽管其对合金腐蚀和催化反应发生在重叠的时间尺度上的关键作用。在这项工作中，CuNi合金代表（100）表面小面在真空中退火使用原子模拟观察空位扩散对表面分离的影响。我们采用多时间尺度的方法来采样分离过程中的早期瞬态，中间和平衡态的板表面，包括标准的MD以及三种方法来执行原子，长时间的动力学：平行轨迹拼接（ParSplice），自适应动力学蒙特卡罗（AKMC），和动力学蒙特卡罗（KMC）。从纳秒（ns）到秒的时间尺度，我们的多尺度计算方法可以观察到罕见的随机事件通常不会看到与标准MD，关闭计算和实验时间尺度之间的差距表面偏析。通过所有四种方法在几十ns内解决了空位向板坯的快速扩散。然而，在这两种KMC方法中，空位随机重新进入次表层的现象只出现在微秒级的时间尺度上。讨论了表面空位捕获的动力学过程及其对偏析率的影响。CuNi在退火过程中偏析后的平衡组成分布估计发生在秒的时间尺度上，由KMC确定，结果直接与纳米级实验相媲美。
2021-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Neural-networks model for force prediction in multi-principal-element alloys
原子模拟可以提供有用的洞察多主元素合金的物理性质。然而，经典势大多未能捕获关键的量子（电子结构）效应。我们提出了一个基于深度3D卷积神经网络（3D CNN）的框架，结合体素化技术来设计化学复杂合金的原子间势。我们强调了3D CNN模型的性能及其使用中熵合金TaNbMo计算潜力的功效。为了深入了解体素分辨率的影响，我们实现了两种基于内部和外部边界框的方法。一个有效的三维CNN模型，这是精确的密度泛函理论（DFT）的方法，用于计算潜在的将提供一个有前途的方案，精确的原子模拟的结构和动力学的一般多元素合金。
2021-06-01 cond-mat.mtrl-sci
3D Deep Learning with voxelized atomic configurations for modeling atomistic potentials in complex solid-solution alloys
Iowa State University（爱荷华州立大学）；Lehigh University（里海大学）
对新材料的需求导致了复杂的多组分合金或固溶体合金的发展。这些材料显示出优异的性能，如强度，韧性，延展性，电气和电子性能。目前这种材料系统的发展受到昂贵的实验和计算要求高的第一原理模拟的阻碍。原子模拟可以提供合理的见解，在这样的材料系统的属性。然而，仍然存在设计鲁棒电位的问题。在本文中，我们探索了一种基于深度卷积神经网络的方法来开发这种复杂合金的原子势，以研究材料的控制特性。在目前的工作中，我们提出了一个细胞的原子配置的体素表示，并设计了一个3D卷积神经网络来学习原子的相互作用。我们的研究结果突出了3D卷积神经网络的性能及其在机器学习原子势方面的功效。我们还探讨了体素分辨率的作用，并提供见解的两个边界框方法体素化实现。
2018-11-23 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.comp-ph
Electronic structure and glass forming ability in early and late transition metal alloys
最近观察到的Cu-Zr，Hf金属玻璃（MG）晶化后磁化率变化（Δ \c{hi} exp）与其玻璃形成能力（GFA）之间的相关性也适用于Cu-Ti和Zr-Ni合金。特别地，小的Δ \c{hi} exp对应于高GFA，其反映了玻璃态合金和相应的结晶合金的相似的电子结构ES。在这里，我们研究了五个Cu-Ti和四个Cu-Zr和Ni-Zr MG中的Δ \c{hi} exp。所有合金的完全结晶的最终状态，从X射线衍射图案进行了验证。根据相应的临界铸造厚度dc的变化，建立了Cu-Ti、Cu-Zr和Cu-Hf MG中GFA随组成的变化。由于没有Ni-Zr MG中dc的数据，因此通过使用经验标准（例如降低的玻璃化转变温度）来描述其GFA。对于所研究的所有合金，观察到Δ \c{hi} exp和dc（和/或GFA的其他标准）之间具有非常好的相关性。ES和GFA之间的相关性对于Cu-Zr和NiZr 2合金显示得最好，其中可获得结晶后ES变化（ΔES）的直接数据。简要讨论了高GFA的Δ \c{hi} exp（ΔES）判据对其它金属-金属玻璃（包括三元和多元块体玻璃）的适用性。
2017-12-19 cond-mat.mtrl-sci
General-Purpose Machine-Learned Potential for CrCoNi Alloys Enabling Large-Scale Atomistic Simulations with First-Principles Accuracy
Aalto University（阿尔托大学）；NOMATEN Centre of Excellence, National Center for Nuclear Research（国家核研究中心卓越中心）
本文提出一种通用机器学习势能模型，用于CrCoNi合金，实现高精度大尺度原子模拟，准确预测相变和力学性能。
2026-03-26 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Atomistic insights into solid solution strengthening: size misfit versus stiffness misfit
该研究通过计算炼金术和分子动力学模拟，系统探究原子尺寸失配与弹性刚度失配对固溶强化的影响，发现刚度失配贡献不亚于尺寸失配，且二者组合可产生协同或拮抗效应，为SSS理论发展提供试验场。
2025-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the impact of Ti/Al on L12 nanoprecipitation and deformation behavior in CoNiFeAlTi multi-principal element alloys through atomistic simulations
通过混合MD/MC模拟研究CoNiFeAlTi多主元合金中Ti/Al对L12纳米析出的影响，发现析出提高层错能和屈服强度，位错剪切4-8nm析出物增强强度并保持延展性。
2025-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Polynomial machine learning potential and its application to global structure search in the ternary Cu-Ag-Au alloy
本研究为三元 Cu-Ag-Au 体系开发了基于多项式不变式的机器学习势，支持高精度原子模拟与全局结构搜索，并能可靠预测全组分性质，方法可推广至其他三元合金体系。
2024-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of mechanical properties of non-equiatomic high-entropy alloy by atomistic simulation and machine learning
多组元高熵合金由于其良好的工程应用前景，在过去的20年中得到了广泛的研究。以往的实验和计算研究主要集中在等原子或近等原子的HEAs。然而，在那些精心设计成分的非等原子HEAs中可能有更多的宝藏。在这项研究中，分子动力学（MD）模拟结合机器学习（ML）的方法来预测非等原子的CuFeNiCrCo HEAs的机械性能。通过对900个HEA单晶样品的拉伸试验，利用MD模拟建立了数据库。我们研究并比较了学习任务的八种ML模型，从浅层模型到深层模型。结果发现，基于核的极端学习机（KELM）模型优于其他屈服应力和杨氏模量的预测。KELM模型的准确性得到了大尺寸多晶HEA样品的进一步验证。
2020-04-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Formation of Nanotwin Networks during High-Temperature Crystallization of Amorphous Germanium
锗是一种极其重要的材料，在纳米技术的许多领域中用于许多功能应用。在本文中，我们研究了非晶锗的晶化在高温下的临界纳米核的原子模拟。我们发现，结晶发生的经常性转移的原子通过扩散过程从非晶相到适当取向的结晶层。我们伴随着我们的模拟与全面的热力学和动力学分析的生长过程中，这解释了能量平衡和界面生长速度控制晶粒生长。对于$\langle111\rangle$的晶体取向，我们发现一个简并的原子重排过程，与两个零能量模式对应于一个完美的晶体结构和形成的$\Sigma3$孪晶界。在这个方向上的持续生长导致孪晶网络的发展，与所有其他生长方向相反，其中晶体无缺陷地生长。在$\langle111\rangle$半导体晶体的固相外延生长期间也观察到从非晶相结晶的这种特定机制，其中生长被限制在一维。我们计算得到的纳米孪晶网络的等效X射线衍射图案，为实验验证提供了依据。
2015-07-14 cond-mat.mtrl-sci
