Generalized stacking fault energy surfaces and dislocation properties of aluminum
本文采用半离散变分广义Peierls-Nabarro模型研究了铝的位错核性质。采用第一性原理密度泛函理论赝势方法和嵌入原子方法计算了进入模型的广义层错能面。研究了不同位错的芯部性质，包括芯部宽度、劈裂行为、能量学和Peierls应力。探讨了位错特征与原子核能量的关系。我们的结果揭示了Peierls应力与芯宽和原子间距之间的比率之间的简单关系。核心属性的两种方法计算的总能量（DFT与EAM）的依赖性进行了检查。EAM可以给出各种位错性质的总体趋势，但无法预测更精细的核心结构，这反过来又会显著影响Peierls应力（约一个数量级）。
1999-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Overdriven dislocation-precipitate interactions at elevated temperatures in aluminum
二维位错动力学方法最近已被用于分析金属和合金在高温下的塑性形变。然而，二维的方法，只占位错攀移过程，它假设位错绕过和剪切的沉淀物是可以忽略不计的。为了检验这一假设的有效性，本研究量化的位错绕过和剪切的沉淀物的临界解析剪切应力，相互作用时间，和热激活能为各种沉淀物的强度水平，温度和沉淀物间距。这项研究使用了修改后的位错动力学的方法，占剪切和非剪切沉淀。模拟集中在过驱动位错动力学制度，其中的攀登过程是有限的位错和沉淀物之间的快速相互作用。结果表明，即使在较高的温度下，位错克服沉淀物阵列所需的解析剪切应力水平降低，位错和沉淀物之间的相互作用时间增加。此外，热激活能与沉淀势垒的最大比值仅为0.15。
2018-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Orbital-free DFT study of the energetics of vacancy clustering and prismatic dislocation loop nucleation in aluminum
本文采用大规模无轨道密度泛函方法，从电子结构的角度研究了铝中空位团簇的能量学。在这项研究中考虑的模拟域是一样大的那些包含一百万个原子，以准确地占电子结构和远程弹性场。我们的研究结果表明，空位团簇是一个积极有利的机制与正结合能的范围内的空位团簇在本研究中考虑。特别地，位于$\{111\}$平面中的$19$空位六方簇具有非常大的结合能，其具有代表棱柱位错环的弛豫原子结构。这表明，由19个空位形成的那些小的空位棱柱环是稳定的，从而提供了对铝中这些缺陷的成核尺寸的见解。
2015-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Extensive 3D Mapping of Dislocation Structures in Bulk Aluminum
热机械加工（如退火）是定制材料机械性能的主要方法之一，然而，对于宏观晶体内部深处引起这些变化的位错结构的重组还有很多未知之处。在这里，我们展示了高温退火后，在一个毫米大小的铝单晶位错结构的自组织。我们映射一个大的嵌入式三维体积（$100\times300\times300$ $μ$ m $^3$）的位错结构，使用暗场X射线显微镜（DFXM），基于衍射的成像技术。在宽视场范围内，DFXM的高角分辨率使我们能够识别亚晶粒，由位错边界分离，我们使用计算机视觉方法识别和表征到单位错水平。我们展示了即使在高温下经过长时间退火后，剩余的低密度位错仍然可以填充到位于特定晶面上的定义明确的直位错边界（DBs）中。在传统的晶粒生长模型相比，我们的研究结果表明，二面角在三重结不是预测的120 $\degree$，这表明在边界稳定机制的额外的复杂性。绘制这些边界周围的局部取向差和晶格应变表明，观察到的应变是剪切的，在$\approx 0.003-0.006 \degree{}$的DB周围产生平均取向差
2022-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure study of screw dislocation core energetics in Aluminum and core energetics informed forces in a dislocation aggregate
本文采用实空间无轨道密度泛函理论研究了铝中孤立螺型位错的核心能量和核心结构。使用一个直接的能量为基础的方法，我们估计的核心尺寸的一个完美的螺旋位错$\approx$ 7 $|{\bf b}|$，这是相当大的比以前的估计$1-3~|{\bf b}|$的位移场的基础上。结构弛豫后的完美螺旋分解成两个Shockley分波，从螺旋和边缘分量微分位移图测量的分波分离距离分别为8.2 π ~和6.6 π ~。与以前刃型位错的电子结构研究相似，我们发现弛豫螺型位错的核心能量强烈依赖于宏观形变。接下来，我们使用刃型和螺型位错的核心能量数据与物理上合理的假设，开发一个连续体能量模型的位错聚集。此外，我们使用这个模型在一个离散的位错网络，并从网络的节点位置的核心能量的变化，我们得到的节点核心力，可以直接纳入离散位错动力学框架。根据节点核心力的衰减特性，我们将节点核心力分为三种不同的贡献。其中两个贡献的核心力，都产生于核心能量依赖于宏观变形，不占目前使用的离散位错动力学模型，假设核心能量是一个常数。使用涉及简单的位错结构的情况下，我们表明，从核心能量依赖于宏观变形的核心力的贡献可以是显着的弹性Peach-Koehler力相比，甚至高达位错结构之间的距离$10-15$ nm。
2017-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Ultrasound as a probe of dislocation density in aluminum
位错是晶体材料塑性行为的核心，但众所周知，对其单一或集体性质进行定量、非侵入性测量是非常困难的。位错密度是决定位错迁移率、强度和延展性的关键变量。一方面，可以用透射电子显微镜详细探测单个位错。另一方面，它们的集体性质必须进行数值模拟。在这里，我们表明，超声技术可以用来测量位错密度。这一发展依赖于理论-Granato-Lücke理论的推广，用于弹性波与位错的相互作用-和共振超声光谱（RUS）测量。所选材料为铝，通过退火和冷轧工艺诱导不同的位错含量。与RUS获得的位错密度相比，从X射线衍射推断，使用修改后的Williamson-Hall方法。
2012-07-11 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Analysis of acoustic emission during the melting of embedded indium particles in an aluminum matrix: a study of plastic strain accommodation during phase transformation
声发射在这里被用来研究熔化和固化的嵌入式铟颗粒的尺寸范围为0.2至3 μ m的直径，并显示，位错产生发生在铝基体中，以适应2.5%的体积变化。铟颗粒熔化产生的体积平均声能类似于连续冷却时贝氏体形成的报道。为了适应体积变化，提出了棱柱环的产生机制，并计算出Al-17 In合金位错密度几何必要增加的上限为4.1 x 10^9 cm^-2。热机械处理也用于改变铟颗粒在铝基质内的尺寸和分布。当熔化的铟颗粒与晶界相关联时或在固化时发生伴随声发射的位错产生，其中固-液界面充当自由表面以促进位错产生。对于需要过热并表现出升高的熔化温度的铟颗粒，没有观察到声发射。声发射工作证实了先前提出的松弛机制，从以前的内部摩擦的研究，并观察到这些微米级的颗粒熔化的crack是矩阵约束的结果。
2012-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Probing the Structure and Energetics of Dislocation Cores in SiGe Alloys through Monte Carlo Simulations
我们提出了一种基于蒙特卡罗模拟的位错能量学的研究方法，该方法平衡了位错核及其周围的拓扑结构和成分。一个依赖于环境的系统总能量的原子贡献的分区允许我们将原子的图片连续弹性理论。该方法适用于提取核心能量和半径的60度滑移位错的偏析SiGe合金，这是无法通过其他方法。
2006-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Slip energy barriers in aluminum and implications for ductile versus brittle behavior
在裂纹尖端位错发射的Peierls模型分析的框架内，我们考虑了铝的脆性与韧性行为。为此，我们进行第一性原理量子力学计算的不稳定的堆垛能$γ_{us}$的铝沿肖克利部分滑移路线。我们的计算是基于密度泛函理论和局域密度近似，包括全原子和体积弛豫。我们发现，在铝$γ_{us} = 0.224$ J/m $^2$。在Peierls模型分析中，该值将预测脆性固体，这引起了一个有趣的问题，因为铝通常被认为是韧性的。解析度可由以下三种可能性之一给出：（a）铝在零温度下确实是脆性的，而在有限温度下由于预先存在的位错的运动而变得延性，位错的运动使裂纹尖端的应力集中松弛。(b)裂纹尖端的位错发射本身就是一个热激活过程。(c)铝实际上在所有温度下都是可延展的，为了解决明显的矛盾，所采用的理论模型需要显着改进。
1996-04-26 cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
Energetics of point defects in aluminum via orbital-free density functional theory
在无轨道密度泛函理论的框架下，采用超原胞近似方法，系统地研究了铝中各种点缺陷（包括空位和自发光）的形成能和迁移能.特别地，对有限尺寸效应和各种动能密度泛函的精度进行了检验，计算结果表明，随着超原胞的增大，有限尺寸效应引起的误差呈指数减小。值得注意的是，自介电体的形成能比空位的形成能收敛得慢得多。通过选取合适的动能密度泛函，计算结果与已有的实验数据和具有精确动力学项的Kohn-Sham密度泛函理论的计算结果符合得很好.
2016-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Influence of thermomechanical loads on the energetics of precipitation in magnesium aluminum alloys
本文采用第一性原理计算研究了热机械载荷对镁铝合金析出过程的影响。利用密度泛函理论模拟，我们提出了镁铝二元固溶体的能量作为浓度，应变和温度的函数的表达式。此外，从这些计算中，我们观察到随着镁浓度的增加，平衡体积（以及因此平衡晶格常数）增加。我们还观察到随着浓度的增加，溶液的内聚能增加，也提出了它们对应变的依赖性。计算还表明，流体静压对$β$相溶液的生成焓有很大影响，而对$α$相溶液的生成焓没有影响。我们提出了一个表达式的自由能的任何镁铝固溶体，考虑到应变和温度的贡献。我们注意到，这些表达式可以作为输入到镁铝合金的工艺模型。我们使用这些表达式来报告应变和温度对Mg-Al合金的溶解极限和平衡化学势的影响。最后，我们报告的热机械载荷对沉淀物的生长的影响，我们观察到沿$c$轴的压缩应变促进生长，而沿$a$和$b$方向的应变不影响沉淀物的生长。
2020-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Chemical Short-Range Order Regulates Hydrogen Energetics and Hydrogen-Dislocation Interactions in CoNiV
Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
研究通过机器学习势函数揭示CoNiV中短程有序对氢能学和位错行为的调控作用，发现钒中心有序抑制钒-钒聚集并重塑氢溶解景观，降低氢渗透能力。
2026-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Aluminum doping improves the energetics of lithium, sodium, and magnesium storage in silicon
虽然Si是用于Li离子电池的有效插入型阳极，但已显示结晶Si不适合于Na和Mg储存，特别是由于结合强度不足。最近有报道说，可以合成高浓度（几个原子%）和分散的Al掺杂的Si纳米线。在这里，我们表明基于密度泛函理论计算，Al掺杂显着提高了Na和Mg插入的能量，具体地说，使其与真空参考状态相比，在能量上有利。对于高Al浓度，Al掺杂Si中Mg的能量接近Mg的结合能。然而，发现Li（0.57-0.70 eV）、Na（1.07-1.19 eV）和Mg（0.97-1.18 eV）在Al掺杂的Si中的扩散的迁移势垒保持与纯Si中一样高，可能阻止有效的电化学钠化和镁化。
2014-07-02 cond-mat.mtrl-sci
On the limits of the energetic coupling between field dislocation mechanics and phase field crystal
École Polytechnique, CNRS UMR 7649, Institut Polytechnique de Paris（巴黎综合理工学院，CNRS UMR 7649，巴黎理工学院）；University of Minnesota（明尼苏达大学）
本文通过变分分析和数值模拟，揭示场位错力学与相场晶体模型之间的能量耦合仅匹配可容畸变场，对位错拓扑信息不敏感，且导致边界条件扩散传播，无法防止位错核非自然扩展。
2026-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Energetics and atomic mechanisms of dislocation nucleation in strained epitaxial layers
本文在二维原子模型中数值研究了具有晶格失配的衬底上应变外延层的失配位错成核和应力弛豫的能量学和原子机制。利用Lennard-Jones型原子间相互作用势和系统的鞍点及跃迁路径搜索方法，研究了不同跃迁路径下从相干态到非相干态的弛豫过程.该方法是基于排斥势最小化和轻推弹性带方法的组合。对于含有单个错配位错的末态，得到了不同错配和原子间相互作用势下的最小能量路径和相应的激活势垒。我们发现，能量势垒强烈降低失配。与连续弹性理论相反，观察到强拉压不对称性。这种不对称性可以理解为对势的排斥分支和吸引分支之间的不对称性的表现，并且发现它敏感地依赖于势的形式。
2003-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Breaks in the Hall-Petch Relationship after Severe Plastic Deformation of Magnesium, Aluminum, Copper, and Iron
本研究考察了镁、铝、铜和铁经剧烈塑性变形后的 Hall-Petch 关系，发现晶粒细化至纳米级未必能实现额外强化，需结合偏析或析出等微观结构稳定化策略。
2024-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Energetics of hydrogen impurities in aluminum and their effect on mechanical properties
从理论上研究了铝基体和表面氢杂质的影响。在密度泛函理论的框架下，得到了层错能、解理能、Al/H表面能和Al/H/Al界面形成能与H浓度的关系。结果表明，$[\bar 211]$方向的滑移能垒、[111]方向的解理能和Al/H/Al界面形成能与H浓度和张力有很强的相关性。Al/H表面能对H覆盖率的依赖性不太明显，而最佳的H覆盖率是$\leq 0.25$单层。计算出的激活能在体和表面上的高对称性网站之间的扩散几乎是相同的，0.167 eV。从这些结果中，我们得出的结论H杂质对机械性能的可能影响，特别是在铝脆化的作用。
2001-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Macro deformation twins in single-crystal aluminum
纯铝中的形变孪晶被认为是纳米结构铝的独特性质。一个挥之不去的谜团是，变形孪晶是否发生在粗晶粒或单晶铝中，在纳米孪晶以上的尺度上。在此，我们提出了第一个实验演示宏观变形孪晶在单晶铝下形成的低应变率（$\sim$ 10 $^6$ s $^{-1}$），大剪切应变（200 $\%$）通过动态等通道转角挤压。形变孪晶的产生源于位错运动和孪晶的速率依赖性，这两个过程是在大应变速率下剧烈塑性形变过程中相互耦合、相互补充的过程。
2015-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Scaling Confirmation of the Thermodynamic Dislocation Theory
我们表明，热力学位错理论（TDT）预测的应力，应变率和温度之间的比例关系的稳态变形的结晶固体，这种关系是准确地遵守广泛的实验数据为铝和铜。与传统的唯象位错理论不同，TDT基于热力学第二定律。它的成功意味着，不以非平衡过程的统计力学为基础的固体变形的描述不能依赖于预测。因此，迫切需要-和一个新的机会-振兴材料物理学的这一核心部分。
2020-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Atomic scale investigation of grain boundary structure role on deformation and crack growth dynamics in Aluminum
采用分子动力学方法研究了晶界结构对界面塑性和界面裂纹动力学的影响<100><110>。在模拟与裂纹在接口处，本研究表明如何最大正常强度的接口相关的GB能量，GB取向差，和GB的结构描述。例如，在GB结构描述中，包含D结构单元（SU）或堆垛层错的GB的正常界面强度（θ 13（510）θ=22.6°和θ 97（940）θ=47.9°）显示界面强度与包含有利SU的其他评估的GB相比显著降低<100>。在接口的情况下<110>，在GB结构中的E SU的存在下，降低了35%的最大正常界面强度。进一步调查的变形在裂纹尖端的GB含有E结构显示，E SU进行原子洗牌，以适应内在的堆垛层错（ISF）沿界面，这反过来又作为一个网站的部分位错成核。有趣的是，无论GB的取向差，GB接口检查这里包含的E结构在其结构期间表现出相对较小的变化，在最大正常强度的接口。裂纹尖端前的GB体积发生结构重排，进而影响裂纹扩展机制。在大多数GB中，裂纹扩展是由于位错发射的交替机制，其次是位错的传播（钝化）和解理/裂纹前进。此外，沿GB界面的裂纹扩展速率受到界面处的初始自由体积的强烈影响，即，沿着具有较高初始自由体积的界面观察到更快的裂纹生长。
2013-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Prismatic Edge Dislocations in Graphite
位错是材料科学中的一个核心概念，它决定了材料的塑性形变和损伤演化。层状材料如石墨允许两种一般类型的层间位错：基底位错和棱柱位错，其中棱柱位错的研究相对较少。使用密度泛函理论（DFT）计算，我们研究了不同的棱柱形核心结构的石墨和评估其结构，能量和流动性。我们发现密切的精力充沛的相互作用之间的结合和“独立”的核心结构在Z字形和扶手椅方向，重建稳定Z字形核心确定。我们探讨晶界和棱柱形位错堆积，确定亚稳结构，这可能是重要的能量存储。同时，对层间堆积在芯结构、位错滑移和攀移中的作用也作了深入的探讨。我们的计算表明，棱柱形位错核心是稳定的高温约1500 K的块状石墨。在此温度以上，位错核心中的键的断裂可以促进爬升、晶界运动以及通过棱柱形位错滑移的损伤退火。
2021-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Unified Framework for Dislocation-Based Defect Energetics
我们提出了一个统一的框架来计算这些缺陷的缺陷能量，可以表示为一个孤立的位错的叠加，并获得自和相互作用的晶界和裂纹的组合的能量。我们恢复在特殊的限制几个众所周知的量，如能量的低角度倾斜边界，以及其他鲜为人知的结果，包括边界/边界和裂纹/边界相互作用的能量。这种方法，结合简单的量纲分析，允许快速计算缺陷能量的弹性限度。
2004-07-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Precipitate-Induced Dynamic Strain Aging and Its Effect on the Strain Rate Sensitivity of Precipitation Hardened Aluminum Alloys
Cornell University（康奈尔大学）；University of Canterbury（坎特伯雷大学）
通过原子模拟、动能蒙特卡洛和分析速率理论研究析出诱导动态应变时效，揭示析出强化铝合金中低应变率敏感性的机理。
2026-04-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Diffusion quantum Monte Carlo study of the equation of state and point defects in aluminum
采用多体扩散量子Monte Carlo（DMC）方法和扭曲平均边界条件计算了面心立方铝中1331个原子的基态状态方程和点缺陷的能量学。DMC平衡晶格常数与实验相差0.008 A，或0.2%，而结合能使用DMC与回流波函数与改进的节面相差27毫电子伏。DMC计算的缺陷形成和迁移能与现有的实验数据一致，除了最近邻的双空位，这是被发现是能量不稳定的，与以前的密度泛函理论（DFT）计算。DMC和DFT计算的空位缺陷是在合理的接近协议。自填隙形成能在DMC和DFT之间具有较大的差异，在四面体位置处高达0.33eV。我们还计算了氦间隙缺陷的形成能，其中能量相差高达0.34eV，也在四面体网站。与现有实验的密切协议表明，DMC可以作为一种预测方法，以获得金属中的缺陷的基准能量。
2012-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation core properties of β-tin: A first-principles study
采用半离散变分Peierls-Nabarro模型（SVPN）研究了锡（β-Sn）的位错核性质.的SVPN模型，它连接的连续弹性处理的长程应变场周围的位错的位错核心的近似处理，被用来计算各种核心的属性，包括核心的能量，宽度，和Peierls应力为不同的位错结构。研究了β-Sn中的核心能量和性质对位错特征和随后的滑移行为的作用。例如，这项工作表明，与{100}和{101}面上的位错相比，{110}面上的位错核心分布得更广。在物理上，由于Peierls应力与β-Sn中的位错核宽度呈指数关系，因此核的变窄或变宽将显著影响位错的迁移率。一般来说，螺位错的Peierls应力比刃位错高几个数量级，即，混合位错的边缘分量越多，位错的迁移率越大（Peierls应力越低）。观察到的{101}面位错的最大Peierls应力为365 MPa。此外，从密度图中，我们看到0度（螺旋）和30度位错的双峰，这表明位错沿这些平面解离。因此，对于{101}<-101>滑移系，我们观察到位错分解成三个具有亚稳态的部分。总之，这项工作提供了定性的见解，有助于理解β-Sn的塑性形变。
2017-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Formation of grains and dislocation structure of geometrically necessary boundaries
本文提出了一个连续位错模型，它描述了晶界具有非零厚度的晶粒的形成。对于在简单剪切中变形的单晶，具有包含位错的薄层作为几何上必要的边界的晶粒的层状结构在能量上是优选的。这种类型的晶界的厚度和能量计算作为函数的取向差角。
2015-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Temperature effects on dislocation core energies in silicon and germanium
采用非平衡态方法估算自由能，结合蒙特卡罗模拟，研究了温度对硅和锗中90度部分位错能量的影响。原子间相互作用用Tersoff和EDIP原子间相互作用势描述。我们的研究结果表明，振动熵的影响，增加自由能之间的差异的两种可能的重建的90度部分，即单周期和双周期的几何形状。这种效应进一步增加了高温下双周期重构的能量稳定性。结果还表明，非谐效应可能发挥重要作用，在确定这些缺陷的结构特性在高温制度。
2004-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Thermal softening during high-temperature torsional deformation of aluminum bars
本文将热力学位错理论简单地推广到非均匀塑性形变中，用于分析铝杆的高温扭转。采用一个小的基于物理的参数，我们预计是近似独立的应变率和温度，我们能够适合实验扭矩扭转曲线为五个不同的扭曲率和在一个固定的环境温度。我们发现，由于温度上升的热软化是显着的高捻率。
2018-11-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Ab initio study of energetics and structures of heterophase interfaces: from coherent to semicoherent interfaces
采用密度泛函理论计算了共格和半共格TiC/Fe界面的结构和能量。本文提出了一种确定具有错配位错网络的半共格界面能的系统方法。得到的界面能被用来计算的盘状沉淀物的纵横比，并与实验结果达到定量一致。基于所获得的界面能和原子结构的细节，我们提出了用于描述的界面能的演变相对于TiC沉淀物的尺寸为异质形核的刃型位错的模型，揭示沉淀物的形核和生长的热力学。本方法可以容易地应用于金属与氧化物/碳化物/氮化物之间的任何异相界面。
2018-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Combined volumetric, energetic and microstructural defect analysis of ECAP-processed nickel
采用差示扫描量热法（DSC）和差示扫描量热法（DSC）研究了不同温度下等径角挤压（ECAP）超细晶镍的缺陷退火过程。可以检测不同的缺陷类型和过程，例如空位、位错、晶界和晶界弛豫。它们可以由于其独特的动力学而被区分，如在线性加热期间释放过量体积和过量热量所揭示的。结合微观结构的详细表征对数据进行量化。导出了ECAP处理镍中空位浓度、位错密度、晶界膨胀和晶界膨胀过量的数值。
2015-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Structure of aluminum atomic chains
第一性原理密度泛函计算表明，铝可以形成锯齿形和梯形结构的平面链。最稳定的一个具有等边三角形的几何形状，有四个最近的邻居;另一个稳定的锯齿形结构具有宽的键角，并允许两个最近的邻居。中间结构具有梯形几何形状并且由两股线形成。然而，所有这些平面几何形状在能量上比线性链更有利。我们发现，从块状到链状，成键的性质发生了变化，并获得了方向性。在理想弹道条件下，锯齿形和线性链的电导为4e^2/h。
2001-06-20 cond-mat.mtrl-sci
In situ monitoring of plastic deformation using ultrasound
超声波作为一种非破坏性的工具，长期以来一直被用来测试材料的脆性断裂。它是否可以用作类似的工具来测试延性破坏？本研究报告的剪切波的速度，$v_T$，在铝在标准测试条件下在两个不同的位置上相同的样品，作为应力的函数的本地测量结果。在屈服应力下，$v_T$有明显变化，与位错增殖一致。这种测量提供了位错密度和外加应力之间的定量、连续关系。
2015-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Shock responses of nanoporous aluminum by molecular dynamics simulations
采用非平衡分子动力学模拟对纳米多孔铝的冲击响应进行了系统的研究。位错形核位置主要集中在空洞表面赤道附近的低纬区域。我们提出了一个连续波反射理论和一个分解的剪切应力模型来解释位错形核位置的分布。模拟揭示了两种机制的空洞崩溃：塑性机制和内部喷射机制。在相对较弱的冲击下，导致空洞横向坍塌的塑性机制占主导地位;而随着冲击强度的增加，导致空洞真空纵向填充的内部喷射机制起着更重要的作用。此外，异常热力学现象（即，温度随压力下降而升高）。这一现象与传统的朗肯-雨果尼奥理论不相容，可以用空穴坍缩的非平衡过程来解释。研究了空泡塌陷对纳米铝层裂断裂的影响。在相同加载速度下，np-Al的层裂强度低于单晶Al，但层裂阻力高于单晶Al，这是由于冲击波在np-Al中传播时热耗散和应力衰减的综合影响所致。
2016-10-13 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Lattice Resistance and Peierls Stress in Finite-size Atomistic Dislocation Simulations
对于面心立方金属的Peierls应力的原子计算相对较少。相比之下，对于bcc金属有更多的原子论计算，以及对于fcc金属的Peierls-Nabarro类型的混合离散-连续计算。其原因之一是fcc金属中的低Peierls应力。由于原子计算的Peierls应力发生在有限的模拟单元，图像的力量所造成的边界必须放松或纠正，如果系统的大小无关的结果是获得。处理这种边界力的方法之一是直接计算边界力，然后减去它们的影响，如V.B. Shenoy和R.菲利普（Phil），76（1997）367]。这项工作主要是分析性的，并且仅限于螺旋位错和特殊的对称几何。我们的工作扩展到边缘和混合位错，和任意的二维几何形状，通过数值有限元计算。我们还描述了一种方法，用于估计边界力的原子计算的基础上直接。我们应用这些方法的Peierls应力和晶格电阻曲线的模型铝（面心立方）系统使用嵌入原子势的数值测量。
2000-10-31 cond-mat.mtrl-sci
On a dislocation density based two-phase plasticity model: refinement and extension to non-proportional loading
Estrin等人（1998）的两相复合方法描述了一种演变的位错胞结构。McKenzie等人（2007年）增强了该模型，以捕捉严重塑性形变期间流体静压力和温度的影响。本研究的目标是将该微观结构模型纳入Shutov和Kreißig（2008 a）提出的宏观粘塑性框架中。因此，两个阶段的复合材料的方法进行了仔细检查。物理和数值的缺点，揭示和可能的解决方案，从而导致一个精致的微观模型。此外，还提出了可靠参数辨识的一些改进措施。使用TEM单元尺寸测量确定铝合金的细化微观模型的材料参数。然后，扩展到非比例变形进行这样一种方式，位错密度的演变变得敏感的负载路径的变化。实验结果表明，这种变形模式可以显着影响微观结构的演变，包括溶解的细胞和总位错密度的减少后不久，负载路径的变化。为了捕捉这些影响，一些张量值的状态变量被引入耦合精细的微观模型与宏观粘塑性模型。由此得到了一个新的本构方程组。为了证明其响应载荷路径变化的能力，考虑了等通道转角挤压（ECAP）的典型载荷情况。所获得的位错种群的演变显着不同，这取决于ECAP路线的应用。
2013-03-07 cond-mat.mtrl-sci
A topologically-derived dislocation theory for twist and stretch moiré superlattices in bilayer graphene
我们发展了一个连续位错描述的扭曲和拉伸莫尔超晶格的二维材料双层。连续体公式是基于与莫尔结构相关联的周期性位错网络引入的拓扑约束。该方法是基于解析求解满足拓扑约束的结构变形和位移场，并使总能量最小化。总能量由每个单独的畸变层的应变能和由堆垛错配引起的Peierls-Nabarro界面贡献来描述。在两种贡献的竞争中，形式主义内部自然产生了错位核心。这里提出的方法捕获的结构和能量的扭曲和拉伸莫尔超晶格的位错与任意方向和字符，而不假设一个解析解的先验，没有可调的参数，同时自然占位错位错图像的相互作用。在比较原子模拟使用经典的潜力，最大的结构偏差为6%，而最大的线能量偏差为0.019 eV/埃。我们的模型的几个应用，包括预测的结构与扭转角的变化，并描述位错线张力和结能量。
2020-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics simulations of interaction between a super edge dislocation and interstitial dislocation loops in irradiated L12-Ni3Al
本研究采用MD模拟，研究了由四个Shockley不全位错组成的<110>超位错与辐照L12-Ni3Al中IDLs的相互作用，揭示了位错反应、结构演化、剪切与绕环机制及CRSS变化，将位错-IDL相互作用理论从纯FCC扩展至L12晶格。
2024-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Elasto-plastic evolution of single crystals driven by dislocation flow
本文介绍了一种单晶体大应变、几何非线性弹塑性动力学模型。我们的模型的主要特点是，塑性动力学是完全由位错的运动，也就是说，$1$维拓扑缺陷的晶格驱动。众所周知，位错的滑移运动是许多晶体材料，特别是金属中塑性形变的主要微观机制。我们提出了一种新的几何语言，建立在时空“滑移轨迹”和“晶体支架”的概念来描述（离散）位错的运动，并将这种运动耦合到塑性流动。在我们的模型中的能量和耗散关系是来自第一原理的晶体建模，弹性和热力学的理论。由此产生的力平衡涉及一个新的构型应力张量描述的力作用于防滑。为了将我们的模型放入上下文中，我们进一步表明，它恢复了几个法律，在特殊情况下已知的，最值得注意的是Peach-Koehler力（线性配置力）的方程和事实，即所有位错的组合产生的塑性畸变场的卷曲。最后，我们还包括一个简短的讨论，一些其他的影响，如硬化，软化，位错攀移，粗粒化，可以纳入我们的模型。
2022-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen segregation around a straight screw dislocation in bcc iron
Laboratoire des Sciences de l’Ingénieur pour l’Environnement (LaSIE) - UMR CNRS 7356（环境工程科学实验室）；Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux (LSPM) - UPR 3407（工艺与材料科学实验室）
通过神经网络势分子模拟和热力学框架，量化了bcc铁中螺位错核心结构、位点类型和浓度对氢结合能的影响，揭示了易核心构型在解释实验氢溶解度极限中的关键作用。
2026-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of fullerene-like cages and finite nanotubes of aluminum nitride
我们报告的密度泛函研究交替富勒烯状笼状结构和有限的封闭帽单壁氮化铝纳米管。研究的笼和纳米管被建模为Al 24 N24，Al 28 N28，Al 32 N32，Al 36 N36，Al 48 N48和Al 96 N96。采用解析Slater Roothaan方法，采用双zeta质量的极化高斯基组，在全电子水平上进行了结构优化，计算了电子结构、垂直电离势和电子亲合势。所有结构都是能量稳定的，结合能约为10-11 eV每AlN对。对于较大的Al 96 N96，富勒烯一样的笼是积极的不如具有Al 24 N24作为内壳的两壳簇有利。垂直电离势和电子亲合势分别在6.7-6.9 eV和1.5-2.0 eV范围内。结合能随（4，4）纳米管长度的增加而系统性地增加。使用“Delta SCF”方法确定的能带隙表明，这些结构的特征在于约4- 5eV的相当大的带隙，然而其小于相应氮化硼结构的带隙。
2005-05-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Core reconstruction of the 90-degree partial dislocation in non-polar semiconductors
我们研究了同极半导体C、Si和Ge中90度部分位错的单周期和双周期核重构的能量学。双周期的几何形状被发现是在所有三种材料的能量较低，和两种几何形状之间的能量差示出遵循相同的趋势的能隙和刚度。这两种结构都是完全重建的，完全由四重配位原子组成。它们的主要区别在于由核心区域的两个重建引入的局部应变的细节。双周期结构示出引入较小的平均键长偏差，在略大的平均键角弯曲变形的代价，相对于单周期的核心。这两个应变分量之间的平衡导致较低的双周期重建的能量。
1998-06-23 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of $\langle c+a \rangle$ dislocations in Mg
我们利用第一性原理密度泛函理论研究了Mg中的第一滑移系和第二滑移系的广义层错能面。我们证明了垂直于滑移方向的原子运动的额外弛豫允许在广义层错能（GSFE）曲线中找到适当的局部最小值。计算的双晶-II GSFE曲线还表明，完整的锥型II位错将解离成Stohr和Poirier（SP）配置，由两个$\frac{1}{2}\langle c+a \rangle$部分，$\frac{1}{6}[11{\bar2}3] + \frac{1}{6}[11{\bar2}3]$，但双晶-I GSFE曲线，虽然也具有局部最小值，不会解离成相同的SP配置。我们报告观察到这些部分在这里发出的$\{10{\bar1}2 \}$孪生边界。用MEAM势对Mg进行MD模拟，发现全位错Ⅱ型$\langle c+a \rangle $位错分裂为两个相等的部分位错$\frac{1}{6}[11{\bar2}3] + \frac{1}{6}[11{\bar2}3]$，位错间距约为22.6 $Å$。我们发现，完整的MATERIAL-I $\langle c+a \rangle$位错也解离成两个相等值的部分，但到交替的$(30{\bar3}4)$和$(30{\bar3}2)$平面与$\frac{1}{6} [20{\bar2}3]$和$\frac{1}{6} [02{\bar2}3]$ Burgers矢量分离的30.4 $Å…
2016-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Topological transition and emergent elasticity of dislocation in skyrmion lattice: Beyond Kittel's magnetic-polar analogy
Kyoto University（京都大学）；Central South University（中南大学）
研究揭示磁Skyrmion位错因显著伸长至原长180%而形成核心分裂结构，其长程应变场仍符合Volterra弹性理论，揭示磁与电域在集体拓扑准粒子 regime 中的本质差异。
2025-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Minimal Surfaces, Screw Dislocations and Twist Grain Boundaries
层状结构中的大扭转角晶界通常用Scherk第一表面来描述，而小扭转角晶界通常用螺旋位错阵列来描述。我们发现，这两种描述之间没有本质的区别，特别是，它们的比较能量关键取决于其螺旋位错拓扑缺陷的核心结构。
1999-02-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Emergent structure of multi-dislocation ground states in curved crystals
我们研究了晶体球冠的多位错基态的结构特征和基本原理。在晶体尺寸与晶格间距$W/a$的比率发散的连续极限中，位错增殖并且基态接近由径向晶界（“中性疤痕”）组成的结构的特征序列，所述径向晶界从边界径向地延伸并且终止于本体中。采用连续弹性理论的数值模拟和渐近分析相结合，我们证明了一个充满活力的层次结构，从而位错数和疤痕数发散为$a/W \to 0$，而疤痕长度和位错数每疤痕成为{ \it独立}的晶格间距。我们的特点是疤痕长度的增长，其中$n$折叠疤痕对称性被打破，基态的特点是多分散，分叉疤痕形态发生的二次过渡。
2013-12-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Core Energies in Isolated Edge and Mixed Dislocations in BCC Fe from First-principles Energy Density Method
本文利用第一性原理能量密度方法计算BCC Fe中多种刃位错和混合位错的原子能量与芯部能量，并通过与EAM和GAP势比较，证明GAP势在芯部能量上更接近DFT结果。
2025-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Topological Defects in Graphene: Dislocations and Grain Boundaries
尽管有大量的实验观察，但石墨烯中的拓扑缺陷，位错和晶界仍然没有得到很好的理解。我们介绍了一种通用的方法，用于构建任意伯格斯矢量以及晶界，覆盖整个范围内的可能的取向差角的石墨烯位错。通过使用从头计算，我们调查这些拓扑缺陷的热力学和电子性质，发现积极有利的对称大角度晶界，强烈的倾向，在小角度制度的面外变形，和显着的影响，对电子结构。目前的研究结果表明，位错和晶界是石墨烯中重要的本征缺陷，可以用于工程石墨烯基纳米材料和功能器件。
2010-05-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A first principles metal-semiconductor interaction study: Aluminum adsorption on Ga-rich GaAs(100)-(2x1) and beta(4x2) surfaces
采用二阶Moller-Plesset微扰理论和Hay-Wadt有效实势结合关联基组（HWECP's）的从头计算方法，研究了Al原子在富Ga GaAs（100）-（2x 1）和β（4x 2）表面上的化学吸附性质.有限尺寸的氢饱和团簇，实验测得的锌原子晶格常数为5.654。能量优化的Ga二聚体键长为2.758 ang.已经被用来模拟半导体表面。为了研究铝原子的核电子在吸附过程中的作用，我们用HWECP和全电子6-311++G** 基组对铝原子进行了描述.详细的化学吸附（100）表面层上的能量，包括在表面层下的吸附在间隙位置进行了研究。Mulliken人口分析和最高占据分子轨道-最低未占分子轨道（HOMO-LUMO）间隙的报告所有考虑的网站的化学吸附。
2004-07-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
In-Situ Visualization of Long-Range Defect Interactions at the Edge of Melting
将块体材料的微观缺陷与其宏观性能联系起来是材料科学中的一个古老问题。众所周知，位错（线缺陷）之间的长程相互作用在材料如何变形或熔化中起着关键作用，但我们缺乏将这些动力学与宏观性质联系起来的工具。我们引入时间分辨暗场X射线显微镜，直接可视化位错如何移动和相互作用超过数百微米，深入散装铝。通过实时电影，我们揭示了包含边界的位错的热激活运动和相互作用，并显示了减弱的结合力如何在99%的熔化温度下不均匀地使结构不稳定。将微观结构的动力学与其稳定性联系起来，我们提供了指导和验证尚未经过测试的多尺度模型的重要机会。
2020-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of the defect-core in energetics of vacancies
采用宏观尺度的电子结构计算方法研究了缺陷核在铝中空位能量学中的重要作用。我们发现，空位核的变形状态，特别是体积应变显着影响空位核的能量。从核心的电子结构和计算的位移场的见解表明，这种依赖于体积应变是密切相关的体积变形下的核心结构的变化性质。这些结果与基于弹性相互作用的力学描述形成鲜明对比，弹性相互作用通常将缺陷核心能量视为无关紧要的常数。计算表明，核心能量的变化与变化的宏观变形是定量更显着的比相应的变化与弹性场相关的弛豫能。在研究各种宏观变形，其中包括体积，单轴，双轴和剪切变形，空位的形成能的影响，我们表明，体积变形中起主导作用，在管理这些缺陷的能量。此外，通过绘制空位和双空位的形成能对对应于任何宏观变形的体积应变，我们发现，在形成能的所有变化崩溃到一个通用的曲线。这表明了体积应变在空位能量学中的普遍作用。这些结果的背景下，由于剥落的金属动态故障的影响进行了分析。
2009-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation in Motion as the Dynamic Distribution of Elastic Field Singularity
晶体的塑性形变是一种物理现象，自铜石时代开始以来，它极大地推动了人类文明的发展。这个过程主要由称为位错的线缺陷的运动控制。每个位错都捕获了一个可用Burgers矢量表示的塑性形变量[1，2]。理论上的位错运动的机制，在原子尺度的长度和时间仍然是一个具有挑战性的任务，由于极端复杂的动态。我们提出了一个新的概念，建模移动位错的动态分布的弹性场奇异性的跨度内的伯格斯矢量。令人惊讶的是，这个模型的数值实现的周期性膨胀收缩周期的奇点被发现表现出一个能量，这类似于一个位错移动的Peierls障碍的存在[1-4]。奇异性分布是外剪应力作用下的自然结果。此外，在传统的假设相反，这里的计算揭示了显着的贡献的线弹性区域周围的核心对势垒。
2009-07-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Modeling dislocations in quasicrystals through amplitude equations
本文通过振幅方程介观模型，将准晶体中的位错视为拓扑缺陷，研究其伯格斯矢量、界面形成及应变下的周期阵列，揭示其与传统晶体的差异。
2025-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Assessment of interatomic potentials for atomistic analysis of static and dynamic properties of screw dislocations in W
体心立方金属中的螺型位错在零温下表现出非平面的核心，这导致高的晶格摩擦和热激活应变速率行为。在体心立方W，电子结构分子静力学计算揭示了一个紧凑的，非简并的核心与相关的Peierls应力在1.7和2.8 GPa之间。然而，位错的动力学行为的全貌只能通过使用更有效的原子模拟的基础上半经验的原子间势。在本文中，我们评估了五种不同的电位在纯钨中螺旋位错的静态性质方面的适用性。同时，我们利用这五种势函数对应力辅助滑移进行了分子动力学模拟，研究了剪切应力下螺位错的动力学行为。位错被认为是显示热激活的运动在大部分的施加的应力范围内，在高应力下的粘性阻尼制度的逐渐过渡。我们发现，一个潜在的预测从紧凑的核心转变到解离在有限的温度下，影响扭结对生产的能量学和影响的运动机制。我们的结论是，一个修改后的嵌入原子的潜力实现了最好的妥协，静态和动态的螺旋位错属性，虽然在约10倍的费用相比，中央电位。
2012-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energetic Origins of Competing Deformation Modes in Metastable Titanium Alloys
University of Michigan（密歇根大学）；University of North Texas（北德克萨斯大学）
本研究通过分子动力学模拟揭示亚稳态钛合金中变形模式竞争由相变自由能垒和错配应变能决定，为合金设计提供物理基础。
2025-10-15 cond-mat.mtrl-sci
