Kinetic Monte Carlo simulations of vacancy diffusion in non-dilute Ni-X (X=Re,W,Ta) alloys
空位在合金中的移动性可以限制位错攀移。采用结合密度泛函理论和动力学Monte Carlo方法研究了Ni-Re、Ni-W和Ni-Ta二元合金中空位扩散的行为溶质浓度我们引入了一个相互作用模型，考虑到接近扩散原子的化学环境，以捕获溶质-宿主和溶质-溶质相互作用对扩散势垒的影响。与理想固溶体相反，不仅溶质原子的扩散势垒影响空位迁移率，而且主要是由于溶质原子的存在而引起的宿主扩散势垒的变化。这是由以下事实证明的：所观察到的空位减速作为溶质浓度的函数在Ni-W中比在Ni-Re中更大，即使Re是比W更慢的扩散体。因此，为了模拟复杂的非稀合金中的扩散，不可避免地要明确处理相互作用能。在镍基高温合金的背景下，可以得出两个结论，从我们的动力学蒙特卡罗模拟：观察到的空位迁移率的放缓是不足以成为所谓的Re效应的唯一原因;和假设空位迁移率，位错攀移，蠕变强度之间的直接相关性的实验观察到的W和Re在提高蠕变强度的类似效果可以得到证实。
2018-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Multicomponent Grain Boundary Segregation Dilute-Limit Model and Its Effect on Nanocrystalline Stability
Ioffe Institute（Ioffe研究所）
本文推导了稀极限下任意数量溶质的光谱偏析模型，证明多组分偏析可显著扩展热力学稳定的纳米晶合金范围，抑制晶粒长大和相分离。
2026-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Robust FCC solute diffusion predictions from ab-initio machine learning methods
我们评估了四种机器学习方法用于建模和预测FCC溶质扩散障碍的性能。从以前的密度泛函理论（DFT）计算的200多个FCC溶质扩散障碍作为我们的数据集训练四种机器学习方法：线性回归（LR），决策树（DT），高斯核岭回归（GKRR）和人工神经网络（ANN）。我们分别优化关键的物理描述符青睐的每种方法来模拟扩散障碍。我们还评估了每种方法在面对已知数据有限的新主机时的外推能力。GKRR和人工神经网络被认为是最好的，显示0.15电子伏特的交叉验证误差和预测杂质扩散在新的主机在0.2电子伏特内时，只有5个数据点从主机。我们展示了DFT +数据挖掘方法的成功，解决了材料科学的挑战，并预测了所有FCC主机中所有可用杂质的扩散屏障。
2017-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic origin of solute-enriched stacking-fault in dilute Mg-Zn-Y alloys
研究了Mg-Zn-Y三元合金在稀相体系中形成的溶质富集层错（SESF）的热力学行为，该层错是由Zn和Y原子富集的本征II型层错（I2-SF），代表了长周期堆垛层错（LPSO）相的结构单元。六方密排（hcp）Mg基体中的SESF形成局部面心立方（fcc）环境，因此我们的热力学分析是基于Mg-Zn-Y三元组成范围内hcp和fcc相之间的吉布斯自由能比较，使用由第一性原理计算辅助的相图计算（CALPHAD）方法。首先根据Hillert平行切线定律估计了溶质Zn/Y原子在SESF中的偏聚行为，然后利用多子晶格模型估计了SESF中可能的无序-有序相变。我们发现，在SESF的Zn/Y共偏聚提供了一个显着的条件，fcc层变得比hcp-Mg矩阵更稳定。此外，在SESF中，随后的类旋节分解为富Mg固溶体和富Zn/Y的L12型有序相导致系统的总吉布斯自由能显著降低。这些热力学行为很好地解释了Zn-Y簇的L12型短程有序的现象学起源，这是已知的LPSO相发生，也证实了本SESF的电子显微镜实验。因此，即使在稀相条件下，强的Zn-Y相互作用也对稳定Mg-Zn-Y合金中的SESF起关键作用。
2019-06-12 cond-mat.mtrl-sci
A second binding model to study diffusion of $Cr$ diluted in BCC $Fe$
采用经典的分子静态技术（CMST）和密度泛函理论（DFT）计算方法，研究了体心立方（BCC）稀$FeCr$合金中空位和间隙迁移驱动的自扩散和示踪溶质扩散.第一次在文献中，一个六频模型（由Okamura和Allnatt开发）涉及的第二近邻结合方法适用于在一个真实的系统中的计算。我们得到微观参数，即：i）空位形成的自由能和空位-溶质结合能，ii）所涉及的跳跃频率，和iii）示踪剂相关因子。目前的近似描述更好的自和溶质原子的实验数据比最近的计算使用第一绑定的方法。此外，我们确认，空位拖曳机制是不可能发生在$FeCr$稀释合金。我们的结果还表明，扩散过程主要由空位介导，而间隙机制的扩散要慢几个数量级。
2013-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion behavior in diluted ($Fe,Cr$) alloys: An environment for H diffusion in ferritic steels
杂质扩散系数完全由低成本的经典分子静力学技术（CMST）获得。特别是，我们展示了如何CMST是适当的，以描述介导的空位机制的杂质扩散行为。在五频模型的背景下，CMST允许计算所有的微观参数，即：空位形成的自由能，空位-溶质结合能和所涉及的跳跃频率，从它们，我们得到的宏观输运幅度，如：相关因子，溶剂增强因子，Onsager和扩散系数。此外，我们首次报告的溶质-空位配对物种的扩散系数的行为。我们在稀释的NiAl和AlU f.c.c.合金.我们的研究结果是在完美的协议与现有的实验数据为两个系统和预测，NiAl的溶质扩散通过空位交换机制，而对于AlU系统，空位拖动机制发生。
2013-11-05 cond-mat.mtrl-sci
A survey of ab-initio calculations shows that segregation-induced grain boundary embrittlement is predicted by bond-breaking arguments
溶质原子向晶界的偏聚对多晶体的力学行为有很大的影响，特别是在金属合金中。从77个独立的研究中的溶质引起的晶界内聚力的变化的400个计算的概述定量地表明，溶质引起的边界内聚力的变化的大部分的变化是由简单的键断裂的参数解释。这种趋势对晶体结构和计算方法的变化是稳健的。从其他机制，如原子尺寸效应和电荷转移的二次贡献脆化，量化和讨论。
2016-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion behavior in Nickel-Aluminium and Aluminium-Uranium diluted alloys
杂质扩散系数完全由低成本的经典分子静力学技术（CMST）获得。特别是，我们显示CMST是适当的，以描述介导的空位机制的杂质扩散行为。在五频模型的背景下，CMST允许计算所有的微观参数，即：空位形成的自由能，空位-溶质结合能和所涉及的跳跃频率，从它们，我们得到的宏观输运幅度，如：相关因子，溶剂增强因子，Onsager和扩散系数。具体来说，我们在f.c.c.中执行计算。稀释的Ni-Al和Al-U合金。溶剂和溶质物种的示踪剂扩散系数的结果与现有的两个系统的实验数据一致。我们的结论是，在Ni-Al和Al-U系统溶质原子迁移的直接交换与空位在所有的温度范围内，有可用的实验数据。在Al-U的情况下，在低于550 K的温度下可以发生空位拖曳机制。
2014-06-09 cond-mat.mtrl-sci
State-Dependent Electron Delocalization Dynamics at the Solute-Solvent Interface: Soft X-ray Absorption Spectroscopy and Ab Initio Calculations
过渡金属-水溶液L边荧光光谱中的非辐射衰减通道导致X射线透射光谱中的光谱凹陷。他们的起源是解开这里使用部分和反部分荧光产率的微射流结合多参考从头计算电子结构计算。比较Fe 2+，Fe 3+，和Co 2+系统，我们明确地表明，光谱下降是由于状态依赖的电子离域的d-轨道的流形内。
2013-05-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Planar Solidification from Undercooled Melt: An Approximation of a Dilute Binary Alloy for a Phase-field Model
采用相场模型研究了过冷熔体的平面凝固。在杂质浓度较低的情况下，得到了溶质场和相场。这些解在界面运动速度为零的极限下给出了平衡分配系数和液相线斜率。在高生长速度下，得到了溶质场和相场的渐近展开式，以及扩散速度与相场模型参数之间的关系。与数值计算的比较。
2004-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Unconventional non-uniform local lattice distortion in dilute Ti-Mo solid solution
在稀金属固溶体中，替代溶质原子引起的局域晶格畸变（LLD）被认为是均匀的，甚至可以用肥皂泡筏来模拟。相反，这种传统的图片，我们报告在这篇手稿中，钼诱导的LLD在稀Ti-Mo固溶体是高度不均匀的，证明了我们的第一性原理计算。非均匀LLD归因于Mo原子d态简并的Jahn-Teller分裂。提出了具有非均匀LLD的置换型固溶体应满足两个条件。预测了非均匀LLD的固溶体。非均匀LLD预计会导致溶质原子周围的非球形应力场，因此对经典固溶体硬化模型在此类固溶体中的应用提出了挑战。
2020-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Uncertainties in interfacial excess calculations from atom probe tomography data
本文推导了溶质在晶界或相界偏析的成分分布广义模型，将成分不确定性纳入界面过剩量计算，发现稀薄溶质的过剩量不确定性较大，并提出了最小化不确定性的策略。
2024-10-03 cond-mat.mtrl-sci
First principles study of helium, carbon and nitrogen in austenite, dilute austenitic iron alloys and nickel
采用第一性原理密度泛函理论计算了He、C和N在奥氏体、Fe-Cr-Ni奥氏体合金和Ni中的溶质行为，研究了它们对奥氏体钢合金在辐照下组织演变的影响。
2013-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic ductility enhancement in Mg alloys elucidated via large-scale ab-initio calculations
University of Michigan（密歇根大学）
通过大规模ab-initio计算揭示镁合金延展性增强机制，发现溶质对位错滑移的影响是关键因素。
2026-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Solute diffusion by self-interstitial defects and radiation-induced segregation in ferritic Fe-X (X=Cr, Cu, Mn, Ni, P, Si) dilute alloys
基于 ab initio 计算和 KineCluE 代码，研究了铁素体稀合金中自间隙缺陷引起的溶质扩散与辐射诱导偏析，揭示了不同溶质的扩散机制及偏析规律，证实了溶质-缺陷动力学耦合在合金溶质团簇形成中的重要作用。
2020-04-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Efficient "on-the-fly" calculation of Raman spectra from \textit{ab-initio} molecular dynamics: Application to hydrophobic/hydrophilic solutes in bulk water
University of Paderborn（帕德博恩大学）
本研究提出一种从第一性原理出发的拉曼光谱高效计算方法，效率较现有方法提升至少一个数量级，可结合从头算分子动力学模拟实时计算有限温度拉曼光谱，并通过研究水溶液中疏/亲水溶质对光谱的影响验证了其预测能力。
2015-04-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Response-function-optimized phase field modeling of solute trapping and solute drag in rapid alloy solidification
VTT Technical Research Centre of Finland Ltd.（芬兰技术研究中心）；McGill University（麦吉尔大学）
研究快速合金凝固微观结构预测问题，核心方法是基于优化校准策略将目标响应函数嵌入相场公式获优化扩散率函数，主要贡献为证明模型准确性通用性、研究溶质拖拽影响及扩展到多元合金，为相关模拟提供途径。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ab initio calculations of the concentration dependent band gap reduction in dilute nitrides
虽然一直感兴趣的晶格匹配的激光器件与硅电路的集成，稀氮化物III/V-半导体的电子结构提出了一个挑战，从头计算方法。其根源在于N原子对大多数基质材料施加的强烈畸变。在这里，我们解决了这些问题相结合的密度泛函理论计算的基础上提出的元GGA功能的Tran和Blaha（TB 09）与超晶胞方法的稀氮化物Ga（NAs）。探索对超胞提出的要求，我们表明，一个单一的N原子的畸变场必须允许减少到目前为止，它不与其周期性的图像重叠。这也防止了平移对称原子之间的虚假电子相互作用，允许计算带隙与实验得出的参考值非常一致。这些结果开辟了稀氮化物半导体领域的预测从头计算。
2017-05-30 cond-mat.mtrl-sci
An ab initio Local Exchange Approach to the Calculations of Tc of Dilute Magnetic Semiconductors
用密度泛函理论计算了半导体GaAs和磁性半导体Ga_（0.9375）Mn_（0.0625）As的态密度。计算结果表明，部分Mn的3d-态在费米能级上与价带杂化。利用原子Hartree-Fock程序包和角动量耦合技术计算了Anderson杂质模型的交换积分。用多尺度从头计算方法得到的Ga_（0.9375）Mn_（0.0625）As的Tc理论值与实验值符合较好。讨论了Hubbard参数在超软赝势DFT计算中的应用。
2017-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio High-Pressure Phase Diagrams of Al-Mg Alloys in the Low Solute Concentration Limit
University College London（伦敦大学学院）；AWE Nuclear Security Technologies（阿韦核安全技术公司）；London Centre for Nanotechnology, University College London（伦敦大学学院纳米技术研究中心）；Dipartimento di Fisica Ettore Pancini, Università di Napoli Federico II（那不勒斯费德里科二世大学埃托雷·潘奇尼物理系）
该研究采用从头算方法计算了Al-Mg合金低压溶质极限下的高压相图，揭示了富Mg侧Al的固液分配随压力反转的新规律，对行星内部模型有重要意义。
2026-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio based analysis of grain boundary segregation in Al-Mg and Al-Zn binary alloys
基于从头算模拟，我们报告的性质主要不同的机制，镁和锌原子与晶界的Al合金中导致不同形态的偏析的相互作用。Mg原子偏聚在相对较宽的晶界区域内，并由于溶质-晶界相互作用的变形机制而形成非均匀的团聚体。与此相反，在Zn原子的情况下，与形成的定向键合的电子机制是占主导地位的溶质-GB相互作用。因此，对于Zn原子，占据GB处的间隙位置并沿着GB排列成薄层在能量上是有益的。结果表明元素化学在偏析形成中的重要作用，并解释了超细晶Al-Mg和Al-Zn合金中GB偏析形态的定性特征。
2017-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Ab Initio Investigation Of Phosphorus And Hydrogen Co-segregation And Embrittlement In α-fe Twin Boundaries
我们提出了一个新的统计物理模型来研究溶质在晶界的平衡偏聚和由此产生的脆化效应。该低温膨胀模型具有通用性和有效性，其参数可以通过原子计算得到。它可以考虑到多个物种，多个偏析网站与不同的偏析自由能，帐户的组态熵，晶粒半径和网站之间的竞争溶质。作为一个例子，该模型被应用到研究的磷和氢共偏析在$\Sigma3$ $109.5°[0\bar{1}1]\{111\}$孪晶界在$α$-Fe，使用能量参数从密度泛函理论计算。我们表明，P-H相互作用可能会导致增加P偏析在晶界，并导致额外的脆化相比，P和H被单独考虑的情况下。
2019-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Atomic scale modeling of the thermodynamic and kinetic properties of dilute alloys driven by forced atomic relocations
作用在材料上的持续外力提供了额外的机制来演化系统的状态，并且这些机制不一定服从微观细致平衡。因此，计算热力学和动力学性质的标准方法不适用于这种驱动系统。这些机制和标准的热激活跳跃之间的竞争导致非平衡稳态。我们扩展了自洽平均场论，考虑到强迫原子迁移（FARs）作为这些额外的动力学机制的模型。该理论被应用于辐射损伤的原子尺度模型。使用第一壳近似的理论，我们强调违反Onsager互惠关系驱动系统。将扩展理论应用到KineClue程序中，计算出与蒙特卡罗模拟一致的有效Onsager系数。一个系统的参数进行研究，强调FAR距离和溶质缺陷的相互作用上的扩散性能的效果。FAR对空位-溶质通量耦合和溶质示踪剂扩散率的影响是不可忽略的，当：（i）溶质-空位热力学吸引力大，（ii）热跳频率的幅度低于或相当于FAR的频率，和（iii）空位和溶质原子之间的相互作用的范围接近FAR距离。
2019-11-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Interstitial Solute Segregation at Triple Junctions: Implications for the Hydrogen Storage Properties of Nanomaterials
针对极细晶粒尺寸下三重点效应对间隙溶质偏析的影响，开发适用于Pd(H)多晶的间隙位点偏析计算框架，揭示尺寸依赖性机制，为间隙纳米晶合金界面工程提供基础并证明其可提升储氢密度。
2024-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Solute Induced Defect Phase Transformations in Mg Grain Boundaries
缺陷相的研究对于设计纳米结构的金属和合金具有重要意义。晶界（GB）形成一类直接影响材料性能（如变形能力和强度）的缺陷。同时，合金化可以引入GB相变并且可以随之改变机械性能。在这项工作中，$Σ$ 7 $(12\bar{3}0)$ [0001] 21.78 $^\circ$对称倾斜GB的缺陷相的hcp镁进行了研究。作为应力和温度的函数（使用准谐波近似）的从头计算模拟进行，并揭示了不同类型的相变。为此，化学自由度对缺陷相的影响进行了研究的例子Ga此外，使用一种有效的筛选方法，结合经验电位和准确的从头计算。利用缺陷相图的概念，揭示了从T型结构到A型结构的相变以及偏析位置偏好的系统性转变。结果与扫描电子显微镜的实验观察定性一致。潜在的物理机制对金属合金中的晶界工程有影响。
2023-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Automatic numerical evaluation of vacancy-mediated transport for arbitrary crystals: Onsager coefficients in the dilute limit using a Green function approach
从主方程导出了任意晶体结构的稀空位/稀溶质极限中空位介导扩散的一般解。空位晶格格林函数的一般数值方法归结为任意晶体布里渊区上的几个解析函数和光滑函数的数值积分的总和。Dyson方程在存在具有任意但有限的相互作用范围的溶质的情况下求解格林函数，以准确、有效和自动地计算输运系数，包括溶质-空位交换率差异非常大的情况。该方法利用晶体的空间群对称性来降低Dyson方程中矩阵求逆的复杂性。该算法的开源实现是可用的，和数值结果的收敛性的裸空位格林函数的积分误差，和示踪剂的相关因素的各种晶体，包括纤锌矿（六角金刚石）和石榴石。
2017-05-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech math-ph
Correlation factor for diffusion in cubic crystals with solute-vacancy interactions of arbitrary range
一个形式主义使用双拉普拉斯傅立叶变换的传输方程产生的返回概率的空位在附近的示踪剂原子中存在的溶质-空位相互作用的任意扩展。研究模型的情况下，它表明，考虑到整个范围的相互作用可能会显着改变的相关因子。后者紧密地依赖于迁移势垒的图案，该图案被选择来描述示踪原子周围的空位跳跃。在文献中很少有对所有障碍进行彻底的从头评估。它表明，通常用于克服这种缺乏信息的近似可能是误导。最近研究的稀释系统的检查表明，前三个相邻壳层内的相互作用决定了具有良好精度的最终值。的建模的主要改进来自于下降的限制性假设，施加一个相等的值的跳跃频率导致的溶质空位对的解离。
2014-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Chromium-vacancy clusters in dilute bcc Fe-Cr alloys: an ab initio study
利用从头计算方法，研究了稀体心立方Fe-Cr合金中小空位和空位-铬团簇的稳定性。为了解释C.D. Hardie等人，核材料杂志439，33（2013）中描述的，并且显示了在低Cr合金中Cr偏析的发生，我们研究了铬是否可以在铬浓度低于10-11 at. %.我们发现，一个单一的空缺可以吸引多达四个铬原子在最积极有利的集群配置。含一个空位和1 ~ 8个Cr原子的团簇的结合能可以很好地用第二、第三和第五近邻配位的Cr原子数的线性函数来描述。结合能趋势的磁性起源由Cr原子的磁矩的平均值与结合能之间的相关性确认。类似的趋势也发现双空位铬集群，确认他们也可能是更大的系统尚未访问从头计算。在双空位的情况下，与单空位的情况相比，结合能与Cr原子的数目的比率增加了两倍以上。
2017-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio investigation of impurity ferromagnetism in the Pd1-xFex alloys: concentration and position dependence
我们提出的从头计算结果的结构和磁性的Pd基质注入Fe溶质原子在不同的浓度。通过密度泛函理论，我们证实了当杂质含量超过3at.%时，铁杂质能使Pd原子产生明显的初始磁化。此外，我们证明了所施加的磁化强度取决于杂质在基质中的位置，特别是，有一个最大的磁化均匀分布的铁杂质。
2021-05-23 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
Solute Co-Segregation Mechanisms at Low-Angle Grain Boundaries in Magnesium: A Combined Atomic-Scale Experimental and Modeling Study
本研究结合原子尺度实验与建模，揭示镁合金低角度晶界处Ca、Zn、Al的共偏析机制，发现Ca-Ca协同偏析能量上更优，为合金设计提供指导。
2025-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio chemical potentials of solid and liquid solutions and the chemistry of the Earth's core
基于密度泛函理论，提出了一套用{ \em ab initio}方法计算固液混合物化学势的通用方法。该方法的目的是给一个{ \em ab initio}的方法来处理共存的固体和液体溶液之间的化学平衡，特别是分配比的溶质之间的解决方案。对于液相，该方法是基于热力学积分的一般技术，应用于计算与溶剂和溶质原子的连续相互转化相关的自由能的变化，所需的热平均值由DFT分子动力学模拟计算。对于固相，自由能，因此化学势得到使用DFT计算的振动频率的系统包含取代溶质原子，与非谐波的贡献计算，在需要的地方，通过热力学积分。的实际使用的方法说明，应用它们来研究地球的核心，模拟为解决方案的S，Si和O的Fe的外部液体和内部固体部分之间的化学平衡。计算对核心的化学成分有很强的约束，并允许估计内核/外核边界的温度。
2001-11-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Deconvoluting Mechanisms of Radiation-Induced Grain Boundary Segregation in Dilute Ni-X (X = Fe, Cr, Mn) Alloys via Ion Irradiation and Phase-field Modeling
Idaho National Laboratory（爱达荷国家实验室）；Texas A&M University（德克萨斯农工大学）
本研究通过离子辐照与相场建模，揭示稀Ni-X合金中辐照诱导晶界偏析的机制，发现Fe贫化、Cr竞争性输运、Mn热力学富集，并强调需综合处理多种因素。
2026-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of Curie temperatures of diluted III-V magnetic semiconductors
在局域自旋密度近似下，研究了（Ga，Mn）As磁性半导体在As反位和磁无序存在下的电子结构.用相干势近似处理了化学和磁无序。一个基态的局部磁矩部分无序和减少总磁矩出现在反位的存在下。我们首先从铁磁态和顺磁态之间的总能量差估算居里温度T_c，将它们与经典海森堡模型中相应的能量差相联系。在平均场近似的框架内，一个更系统的方法是估算作用于给定位置的磁矩的有效交换场。反位As的存在大大降低了居里温度。结果表明，杂质对电子结构的影响不可忽略，对居里温度的影响不可忽略。计算的居里温度与现有的实验数据的比较表明，随着Mn含量的增加，施主浓度的增加。
2003-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Radiation-induced segregation in dilute Re-W solid solutions
在高稀释度合金中，辐照时发生的偏析现象是一种不寻常的现象，至今仍无法从理论上加以解释。利用从头计算，我们能够解释的起源辐射诱导的钨-铍合金中的偏析。
2016-04-13 cond-mat.mtrl-sci
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
A Machine Learning Framework for the Prediction of Grain Boundary Segregation in Chemically Complex Environments
本文提出一个机器学习框架，利用可组合计算模块和人工神经网络预测 NbMoTaW 等复杂浓固溶体合金的晶界偏析，在保持高精度的同时比传统原子模拟快四个数量级，并揭示了 Mo 偏析行为随化学环境复杂化的转变及反偏析位点随浓度增加被填充的新现象。
2024-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic model of solute site preferences in ordered alloys
基于质量作用定律的热力学模型被用来计算元素点缺陷的浓度，并确定有序合金中溶质原子的位置偏好。的晶格空位，反位原子和主机的晶体形成平衡缺陷的组合枚举CsCl（B2）和Ni 2Al 3结构。对于氯化铯，除了两个替代网站，扭曲四面体间隙网站被认为是。对于Ni_2Al_3，考虑了Ni位、两个不同的Al位和一个空位的间位型Ni位。导出了适用于任何晶体结构的元素缺陷浓度之间的约束方程。所选缺陷的浓度可以使用约束方程结合缺陷组合的质量作用方程来求解。该方法直接导致缺陷的浓度，而不需要评估成分依赖的化学势，从而导致更透明的形式主义。该模型被用来探讨稀三元溶质原子的位置偏好现象。研究结果与仅限于替代部位的既往治疗一致。通过代数分析和数值模拟，得到了非化学计量比化合物中溶质S位置偏好随温度和组成变化的一般规律：（1）溶质S倾向于占据元素中有缺陷的取代位置; (2)如果S在A位和B位上的能量差非常正或非常负，则S将独占B位或A位，与成分无关。如果位能差是中等的，则溶质将随着组成的变化从一个位切换到另一个位。(3)溶质具有占据间隙或空晶格位点的趋势，其中最大位点分数接近化学计量组成。
2015-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of thermal cross-slip stress in magnesium alloys from direct first principles data
我们发展了一个第一性原理模型的热激活的交叉滑移在镁中存在的随机溶质分布。电子结构方法提供了溶质与棱柱位错核和基底位错核相互作用的数据。直接计算的相互作用能是可能的溶质-K，Na，和Sc-，降低镁棱柱层错能，以提高可成形性。为了连接到热激活的交叉滑移，我们建立了一个统计模型的激活能分布的双扭结成核，障碍扭结迁移，和粗糙度的能量景观要克服的非热应力。这些分布是数值计算的浓度范围内，以及替代的近似解析表达式的稀释极限。的解析分布提供了一个简化的模型作为温度的函数的溶质的最大横滑移软化。直接相互作用计算预测Mg-0.7at. % Sc、Mg-0.4at. % K和Mg-0.6at. % Na约为250 ℃。
2011-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Origin of transition metal clustering tendencies in GaAs based dilute magnetic semiconductors
虽然GaAs的等价掺杂（例如通过In）导致溶质原子之间的排斥，但发现GaAs中的两个Cr、Mn或Fe原子具有比分离良好的对更低的能量，因此彼此吸引。过渡金属（TM）原子上具有t2对称性的能级之间的强成键相互作用导致这些原子表现出强烈的成簇倾向。使用第一性原理计算，我们表明，这种吸引力是最大的铬，锰和铁，而它是最小的V。这种差异是由于最高的占有水平的对称性。虽然目的是找到可能的选择自旋电子材料，显示出降低的趋势集群，人们发现，最小化集群趋势的条件也最小化的稳定的磁性状态。
2005-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of atomic ordering and spin-glass transition in dilute CuMn alloys
采用从头算方法对典型的自旋玻璃合金Cu 0.83 Mn 0.17进行了研究。采用第一性原理计算来获得有效的化学、应变诱导和磁交换相互作用以及静态原子位移，并且这些相互作用随后用于热力学模拟。结果表明，计算的原子和磁短程有序准确地再现了中子散射实验的结果。特别是，它被证实，合金表现出一种倾向，向有序化和相应的有序相显示。磁结构是由自旋螺旋团簇伴随着较弱的铁磁短程关联。用有限尺寸标度技术在蒙特卡罗模拟中得到的自旋玻璃转变温度为57 K，与实验数据78 K相当吻合。
2009-06-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Capillary-Wave Model for the Solidification of Dilute Binary Alloys
从二元稀合金等温凝固的相场描述出发，建立了凝固前沿毛细波与溶质扩散浓度场相互作用的模型。该模型不依赖于尖锐的界面假设，并包括非平衡效应，相关的快速增长制度。在许多应用中，它可以通过分析来评估，最终出现一种不稳定性，这种不稳定性干扰了Mullins-Sekerka不稳定性，与Cahn在晶界运动中发现的不稳定性相似。
2011-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Master equation approach to the theory of diffusion in alloys and calculations of enhancement factors for tracer solvent and tracer solute diffusion in FCC alloys
以FCC合金的五频模型为例，采用主方程方法建立了合金扩散的自洽统计理论。昂萨格系数的微观原子间相互作用和一些统计平均的表达式。我们讨论了这些平均值的计算方法，使用平均场和对集群近似来描述空位-溶质和溶质-溶质相互作用的影响，以及最近邻和第二壳层近似来描述空位相关效应。所开发的方法用于计算增强因子，确定示踪剂的自扩散和示踪溶质扩散在稀FCC合金的浓度依赖性。对于示踪剂的自扩散，我们表明，一些显着的贡献，增强因子有关的热力学活性的空缺错过了在以前的治疗这个问题。这意味着大多数现有的五频模型参数估计实际合金应予以修订。对于示踪溶质扩散，增强因子的表达式似乎是第一次提出。所获得的结果被用来估计扩散，包括空位-溶质相互作用，在几个FCC合金，必要的实验数据是可用的重要的微观参数。
2013-10-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Towards a Fully Ab-Initio Description of the Diluted Magnetic Semiconductor $Ga_{1-x}Mn_{x}As$. Ferromagnetism, Electronic Structure, and Optical Response
巡游铁磁性有两种相互竞争的观点，第一种观点认为铁磁性是通过巡游载流子动力学，即所谓的RKKY机制，由局部矩之间的间接耦合产生的，而在另一种情况下，铁磁性是通过强原子Hund相互作用，即所谓的双交换（DE）方案，由巡游载流子的自旋极化产生的。哪一种观点描述了稀磁半导体的铁磁性，这种材料有希望用于自旋电子学应用，目前还不清楚。在这里，我们描述了详细的物理响应的原型材料$Ga_{1-x}Mn_{x}As$使用的第一性原理的带结构与方法的基础上，动态平均场论，将强大的，动态的相关性{ \it和}内在以及外在的障碍在一个单一的理论图片。我们展示了铁磁性是如何由DE驱动的，与最近的观察结果一致，同时对电子结构的细节进行了很好的定量描述，如扫描隧道显微镜（STM）和光学电导率所探测的那样。我们的研究结果表明，铁磁性可以驱动DE即使在稀磁半导体与小的载流子浓度。
2003-03-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Grain boundary segregation spectrum in basal-textured Mg alloys: From solute decoration to structural transition
本研究通过原子模拟揭示基面织构镁合金晶界偏析能谱呈双峰分布，并发现晶界结构转变，为改善成形性提供新见解。
2024-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Origin of bulk uniaxial anisotropy in zinc-blende dilute magnetic semiconductors
结果表明，GaAs（001）表面上最近邻的Mn对在[-110]方向上的能量比在[110]方向上的能量低。根据群论和Luttinger的不变量方法，这种特定的Mn分布导致体单轴面内和面外各向异性。用微扰法和从头算方法计算得到的各向异性能的符号和大小与实验结果一致。
2012-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Solute-point defect interactions, coupled diffusion, and radiation induced segregation in fcc nickel
辐照诱导的溶质偏析（RIS）暴露于辐照的材料是一个众所周知的问题。它通过促进辐射引起的退化现象，如硬化和脆化，影响核反应堆堆芯部件的寿命。本文研究了面心立方Ni-X（X = Cr，Fe，Ti，Mn，Si，P）稀二元合金的RIS倾向。我们的目标是调查的驱动力和动力学机制背后的实验观察到的偏析。通过从头计算，点缺陷的稳定性和与溶质的相互作用，连同迁移能量和尝试频率确定。然后在平均场框架下计算了输运和扩散系数，以获得合金中溶质-缺陷动力学耦合的全貌。结果表明，所有考虑的溶质，除铬，更喜欢空位介导的热和辐射诱导的迁移过程中的扩散。Cr，另一方面，优先迁移的混合哑铃配置。P和Si在这里被示出为富集，并且Fe和Mn在材料的照射期间在汇处被耗尽。另一方面，Ti和Cr显示在较低温度下富集和在较高温度范围内贫化之间的交叉。在这项工作中的结果进行了比较与以前的研究体心立方（bcc）铁，并讨论了在奥氏体合金的RIS的上下文中。
2020-09-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Influence of simple metals on the stability of $\langle a\rangle$ basal screw dislocations in hexagonal titanium alloys
在密排六方晶钛合金中，基底滑移作为一种次级变形方式，成为钛合金化的主要机制之一。由于这些溶质元素也导致基底堆垛层错能量的显著降低，因此可以假设它们促进位错的基底解离，然后位错可以容易地在基面中滑动。在这里，我们验证了这一假设的有效性，使用从头计算模型的螺位错与铟（In）和锡（Sn）的相互作用。这些计算证实，这些简单的金属被吸引的堆垛层错存在于位错核心时，它是在一个基面解离，但这种相互作用是不够强，以稳定的平面配置，即使在核心中的高溶质浓度。能垒计算表明，基底滑移，在存在的In和Sn，进行没有任何平面解离，与位错被传播在金字塔和棱柱形的平面在基底滑移像在纯钛。相应的能垒较高的溶质原子的存在下，表明在和Sn不缓解基底滑移，但增加相应的晶格摩擦。这种强化的基础滑移溶质原子进行了讨论，鉴于现有的实验数据。
2019-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Atomic diffusion in alpha-iron across the Curie point: an effcient and transferable ab-initio-based modelling approach
由于铁合金中存在热磁激发和磁跃迁，因此准确预测铁合金中原子的扩散具有挑战性。我们提出了一种有效的方法来解决这些属性通过蒙特卡罗模拟，使用从头算为基础的有效的相互作用模型。成功地预测了α-铁中自扩散系数和Cu扩散系数的温度演化，特别是居里点附近的扩散加速，这需要对自旋进行量子处理。我们指出，在非常稀释的系统中扩散的化学效应的磁无序的主导地位。
2020-08-05 cond-mat.mtrl-sci
A possible route to grow a (Mn:Si(1-x)Gex)-based diluted magnetic semiconductor
我们系统地研究，使用从头计算密度泛函理论计算，在Si和Ge，以及在Si（1-x）Gex合金的间隙和替代Mn的性质。我们发现，体积效应不是主要原因Mn更喜欢在纯Ge的取代杂质，和化学效应，因此，发挥重要作用。使用现实的Si（1-x）Gex模型，我们表明，对于x约大于0.16的替代锰在富锗社区变得比间隙锰更稳定，这可能允许硅基稀磁半导体的生长。
2003-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Solute drag forces from equilibrium interface fluctuations
多晶合金的设计取决于对扩散溶质和组成结晶界面的运动之间的相互作用的预测性理解。现有的框架忽略了界面结构和相之间的动态多样性和过渡。在这里，我们开发了一个计算可访问的理论框架的基础上，短时间的平衡波动提取的分离溶质云施加的阻力。使用三个不同的类的计算技术，我们表明，随机行走的溶质加载接口在短的时间尺度，因为它发生在一个封闭的溶质云必然是非经典的。云的慢得多的随机演化使我们能够近似的短期行为作为一个指数次扩散布朗运动在一个外部捕获潜在的刚度设置的平均阻力。在较长的时间尺度上，界面和体的力量导致一个逐渐恢复的经典的无规行走的界面与扩散设置的外来流动性。通过{ \it ab-initio}计算可以获得短时间响应，为高通量、合理设计合金以控制多晶体中的微观结构演变，特别是通过设计纳米晶合金提供了坚实的基础。
2020-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Skew scattering in dilute ferromagnetic alloys
从第一性原理出发，研究了自旋轨道耦合、磁性和杂质散射相互交织的稀磁合金中霍尔效应的斜散射问题.我们的主要目的是确定化学趋势，并制定出简单的规则，在费米表面的杂质和主机状态的大斜散射，特别强调在同一个系统中的自旋和异常霍尔效应的相互作用。通过参考三种不同的\emph{ab initio}方法，基于不同的近似相对于电子结构和输运性质的预测趋势的基准。
2015-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Dilute moment n-type ferromagnetic semiconductor Li(Zn,Mn)As
我们提出用Li和Zn取代（Ga，Mn）As中的Ga，作为一种在稀矩n型半导体中获得高居里温度、载流子介导铁磁性的途径。优异的材料特性，使得Li（Zn，Mn）作为这种系统的现实候选物，包括通过调节Li-（Zn，Mn）化学计量独立于Mn掺杂控制的等价替代Mn杂质和载流子浓度的无限溶解度。我们的预测是通过详细的从头算计算以及与熟悉且直接相关的（Ga，Mn）As的比较来锚定的，通过我们提供的Mn局部矩与导带中电子之间交换相互作用的微观物理图像，以及通过分析来锚定的。Li（Zn，Mn）As材料的受控生长的前景。
2006-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic ordering phase transition and abnormal brittleness in dilute Fe-Mn solid solution
本文通过第一性原理计算和分子动力学模拟，揭示Fe-Mn固溶体中Mn浓度增加引发的AFM-FM磁有序相变源于热效应，并指出中等Mn含量下的异常脆性与局域磁有序变化伴随的晶内应力变化有关。
2024-06-09 cond-mat.mtrl-sci
