The interface heterogeneous nucleation and dynamic dispersion of nuclei in solidification process
通过比较不同形核条件下的晶粒尺寸，探讨了不同的形核机制。原始晶核起源于特定的界面，随后随着熔体流动分散到熔体中。晶核的存活概率决定了熔体中晶核的密度，存活晶核的长大最终形成凝固晶粒。成核过程是一个动态的、不断发展的过程，并随着实际实验条件和生产条件的变化而变化。
2013-09-22 cond-mat.mtrl-sci
The influence of the magnetic field on the nucleation and properties of 0-degree domain boundaries in uniaxial films with inhomogeneous magnetoelectric interaction
本研究探究含挠曲磁电效应的单轴磁性薄膜中0度畴壁的磁场响应，发现磁场取向可调控效应强度，磁场参数能降低畴壁成核临界电场，且垂直磁场可在非阿内利安型畴壁中引发随场强增强的挠曲磁电效应。
2023-10-03 cond-mat.mtrl-sci
On the role of long range internal stresses on grain nucleation during discontinuous recrystallization
长程弹性相互作用在再结晶中的重要作用是使用一个简单的分析模型证明：堆积重排后吸收领先的位错由无位错胚胎提供了一个额外的驱动力，导致成核临界半径和鞍点能量急剧下降。一个非常尖锐的过渡证明，在鞍点完全消失，成核成为自发的。这种转变发生在对应于几何上必要的位错的临界密度和临界应变两者的明确定义的临界应力下，而不调用任何临界核尺寸，所述临界核尺寸可以借助于一些位错微观结构不稳定性而达到。本模型在此以多晶冰为例进行说明，但也可应用于其他具有显著塑性各向异性的晶体材料，例如锆合金。
2010-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Density Functional Theory of Inhomogeneous Liquids: III. Liquid-Vapor Nucleation
使用改进的核范德华模型密度泛函理论（Lutsko，JCP 128，184711（2008））研究来自过热液体的蒸汽气泡的成核过程和来自过饱和蒸汽的液滴的成核过程。本文提出了一种新的方法，将成核看作是从亚稳态到稳态的一个过渡过程，通过最小自由能路径确定成核过程，该路径是用轻推弹性带方法探索自由能表面。这允许无偏计算的次和超临界集群，以及关键集群的属性。对于Lennard-Jones流体，结果与模拟结果比较好，并支持这样的观点，即即使在高过饱和度下，成核也会顺利进行，而不是像最近所建议的那样通过类似旋节的不稳定性。
2008-07-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Predicting void nucleation in microstructure with convolutional neural networks
本研究开发了带有注意力门增强的 U-Net 卷积神经网络，利用多通道输入（晶粒取向和晶界能）预测原始钽微观结构中的孔洞形核概率，有效解决了像素级类别不平衡问题，为理解延性材料层裂失效提供了新手段。
2025-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation suppression by charge screening on grain boundaries: a kinetic model for bulk imprint in polycrystalline ferroelectric thin films
Zhangjiang Laboratory（张江实验室）；Frontier Institute of Chip and System, Fudan University（复旦大学芯片与系统前沿研究院）；Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院微电子研究所）
本研究通过建立相场模型，揭示了晶界处电荷屏蔽对铁电薄膜中体印现象的影响机制，为理解铁电存储器可靠性问题提供了新视角。
2025-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Damage nucleation from repeated dislocation absorption at a grain boundary
用分子动力学模拟了位错在晶界反复吸收的损伤形核过程。在晶粒边界位错交叉点，原子洗牌事件决定了如何容纳由进入的位错所带来的自由体积。这个过程反过来又决定了裂纹成核机制，以及临界应变和破裂前可以吸收的位错数量。较低的应变速率促进早期裂纹成核和损伤成核模式，其中开裂之前的位错发射。这里提出的模拟方法也可用于探测其他类型的边界，虽然需要多个等效的初始配置来量化给定晶界的抗损伤性。
2014-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Numerical model of solid phase transformations governed by nucleation and growth. Microstructure development during isothermal crystallization
本文提出了一个简单的数值模型，计算了随机分布形核和各向同性生长的结晶动力学。该模型可以应用于不同的热历史，没有限制的时间和温度的成核和生长速率的依赖关系。我们还开发了一种算法，评估相应的新兴的粒度分布。该算法易于实现，特别灵活，使其能够模拟几个实验条件。它的简单性和最低的计算机要求允许高精度的二维和三维生长模拟。该算法被应用于探索几个形核制度的等温处理过程中的晶粒形态发展。特别是，热成核，预先存在的核和这两种成核机制的组合进行了分析。对于前两种情况，得到了普遍的晶粒尺寸分布。该模型的高精度是从它的分析预测比较。最后，Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami模型的有效性进行了验证的所有情况下研究。
2008-11-14 cond-mat.mtrl-sci
A Phase-Field Study on the Effects of Nanoparticles on Solidification and Grain Growth
本文用 PRISMS-PF 开源相场模型模拟纳米颗粒团聚、异质形核与晶界钉扎，提出依赖形核率和钉扎分数的修正 Zener 晶粒尺寸关系。
2022-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Understanding Homogeneous Nucleation in Solidification of Aluminum by Molecular Dynamics Simulations
采用改进的嵌入原子方法（MEAM）势，采用百万原子分子动力学（MD）模拟方法研究了铝熔体的均匀形核过程。在不受压力、自由表面效应和杂质影响的情况下，铝熔体可以自然地自发均匀形核。研究了过冷铝熔体在不同恒温条件下等温形核，过热铝熔体在不同冷却速率下淬火。测定了晶核的晶体结构、临界晶核尺寸、均匀成核的临界温度、诱导时间和成核速率。淬火模拟清楚地揭示了三个温度制度：亚临界形核，超临界形核，和固态晶粒生长制度。主晶相被确定为面心立方（fcc），但六方密堆积（hcp）和非晶态固体相也被检测到。铝熔体在凝固过程中由于层错的形成而产生六方晶系相。通过降低冷却速率，六方晶系和非晶相的体积分数降低。在盒体完全凝固后，模拟晶粒生长，并确定不同退火温度下的晶粒生长指数。
2017-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation interactions and crack nucleation in a fatigued near-alpha titanium alloy
研究了近α钛合金Ti-6242 Si低周疲劳裂纹形核处的位错交互作用。合金中的循环塑性应变导致在初级α晶粒中的位错堆积，在初级α和两相区之间的边界处成核。这两个相区提供了一个障碍，初级α晶粒之间的滑移转移。我们认为裂纹形核发生在初生α晶粒的基面附近，是由Tanaka和Mura首先设想的亚表面双端堆积机制引起的。在<a>裂纹形核位置附近观察到基底位错上的超台阶。这两个相区显示出α 3位错在次级α板之间的直接传输，作为α [010]传输通过β韧带，然后在β中分解成（α/2）<111>位错网络。β韧带本身似乎并没有形成一个特别难以穿透的障碍，以滑动，在协议的微柱和晶体塑性研究张等。
2018-06-17 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
Icosahedral quasicrystal enhanced nucleation in commercially pure Ni processed by selective laser melting
这项工作提供了明确的证据，二十面体准晶（iQC）增强形核气体雾化工业纯镍粉在选择性激光熔化过程中发生。这种凝固机制，最近才在几种合金中报道，迄今为止从未在纯金属中观察到，由由于液体中存在二十面体短程有序而形成的iQC的小平面上的初级相的晶粒的凝固组成。iQC增强形核的发生已推断从观察SLM处理的纯镍样品的部分不相干的孪晶界和集群的孪晶晶粒对共享共同的<110>五重对称轴的过量分数。这项工作进一步证明，增材制造方法可能是研究凝固基础和设计前所未有的晶界网络的宝贵工具。
2022-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Solute effects on interfacial dislocation emission in nanomaterials: nucleation site competition and neutralization
界面形核是纳米晶材料塑性形变过程中位错产生的主要过程。旨在稳定纳米晶体金属以防止晶粒生长的溶质添加剂可能会偏析到晶界和三重结，在那里它们会影响位错发射的过程。在这封信中，我们证明了在含有竞争溶质偏析位点和位错源的纳米晶体材料中添加溶质的效果可以是非常复杂的，由于在不同界面处的偏析速率不同。此外，在大浓度下，当溶质在晶界或三重结附近形成团簇时，这些团簇与基体之间的界面可以引入新的位错发射源，其可以在较低的施加应力下被激活。因此，强度最大值可以在一定的溶质浓度下发生：添加超过该最佳溶质浓度的溶质可以降低材料的强度。
2017-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Nonequilibrium grain size distribution with generalized growth and nucleation rates
我们确定在固定的热力学条件下，在$d$尺寸的固体结晶过程中的非平衡晶粒尺寸分布，随机成核和生长模型，并在没有晶粒合并。两个不同的概括的理论建立较早被认为是。一个封闭的解析表达式的晶粒尺寸分布的实验研究是有用的各向异性生长速率。与各向同性增长情况的主要区别是在分布中出现了一个恒定的前因子。第二个推广考虑高斯源项：当核的体积在由结晶过程的热力学确定的有限范围内时，核是稳定的。数值结果表明，这种推广并没有改变我们以前的研究定性的图片。概括只影响定量的结晶的早期阶段，当成核是占主导地位的。这些主要概括的显著结果是，非平衡晶粒尺寸分布对晶粒的各向异性生长和核尺寸的波动是鲁棒的。
2013-10-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Role of temperature oscillation in growth of large-grain CdZnTe single crystal by traveling heater method
本文提出在移动加热器法生长 CdZnTe 时引入高于结晶温度的可控温度振荡，以抑制二次形核并促进单晶粒择优生长，成功制备出探测器级大晶粒晶体。
2025-07-23 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
On the Origin of Logarithmic-Normal Distributions: An Analytical Derivation, and its Application to Nucleation and Growth Processes
对数正态分布是自然界中最常见的分布之一，描述了大量的物理，生物甚至社会学现象。因此，这种分配的起源引起了广泛的兴趣，但仍然缺乏从基本原则出发的一般推导。使用随机形核和生长来描述结晶过程，我们得到的时间发展的晶粒尺寸分布。我们的推导提供了，第一次，对数正态型分布的形式的尺寸分布的解析表达式。我们将我们的结果固相结晶硅膜的晶粒尺寸分布。
2008-07-02 cond-mat.mtrl-sci
On recrystallization nucleation in pure aluminum
本文针对纯铝再结晶形核，提出无需预先存在胚胎的机制，认为原子改组可创造新取向，可能改变对再结晶早期阶段的理解。
2023-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Time-evolution of grain size distributions in random nucleation and growth crystallization processes
我们研究了d维固体结晶过程中晶粒尺寸分布N（r，t）的时间依赖性。一个偏微分方程，包括一个源项的核和晶粒的生长规律解析求解任何尺寸d。我们讨论的随机成核和生长（RNG）的Kolmogorov-Avrami-Mehl-Johnson模型所描述的过程中获得的解决方案。成核和生长是建立在同一基础上的，这导致了两个有效速率的时间依赖性衰减。我们详细分析了模型参数、结晶过程的维数和时间如何影响分布的形状。计算结果表明，有效成核和有效生长速率的动力学起着至关重要的作用，在确定在完全结晶得到的分布的最终形式。我们证明，对于一类成核和生长速率，分布随时间演化为Bergmann和Bill [J. Cryst. Growth 310，3135（2008）]之前讨论的对数正态形式。我们还得到了有限的最大晶粒尺寸在任何时候的解析表达式。该理论可以描述各种RNG结晶过程中的薄膜和散装材料。对实验数据分析有用的表达式的晶粒尺寸分布和矩的基本和可测量的参数的模型。
2010-02-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Synthesis of large single-crystal hexagonal boron nitride grains on Cu-Ni alloy
六方氮化硼（h-BN）由于其优异的性能以及其作为石墨烯基器件的理想介电层的潜力而引起了极大的关注。在早期的报道中，通过化学气相沉积获得的h-BN薄膜通常是多晶的，由于在衬底上的高成核密度而具有小晶粒。本文报道了在合理设计的Cu-Ni合金箔上成功地合成了大单晶h-BN晶粒。结果表明，通过优化基体中Ni的含量，可以将成核密度降低到60个/mm ~ 2。该策略使单晶h-BN晶粒的生长达到7，500 μ m2，比以前的报道大约2个数量级。这项工作不仅为理解h-BN的成核和生长机制提供了有价值的信息，而且为大规模纳米电子应用提供了一种有效的替代剥离h-BN作为高质量介电层的方法。
2015-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Grain Boundary Disorder on Yield Strength
最近有报道称，Zr在纳米晶Cu中向晶界（GB）的偏聚可导致无序晶间膜的形成[1，2]。在这项研究中，我们采用原子的计算机模拟来研究如何形成这些薄膜影响位错成核的GB。我们发现晶界结构的完全无序导致位错发射的抑制和屈服应力的显着增加。然而，根据溶质浓度和热处理，也可能发生部分无序，这有助于位错成核而不是抑制它，从而消除强化效应。
2018-02-22 cond-mat.mtrl-sci
A multi-physics model for dislocation driven spontaneous grain nucleation and microstructure evolution in polycrystals
提出统一热力学一致的多物理场模型，融合Cosserat晶体塑性与HMP取向相场，实现位错驱动的自发晶粒形核及晶界迁移模拟。
2025-06-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Disconnection formation via segregation-induced grain boundary phase transitions
University of Manitoba（曼尼托巴大学）
本研究通过溶质间隙分离揭示了晶界相变中无能垒的断裂形成机制，拓展了对合金系统晶界动力学的理解。
2026-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Cell size distribution in a random tessellation of space governed by the Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami model: Grain size distribution in crystallization
由随机成核和生长过程引起的细胞中的空间细分是许多科学领域感兴趣的主题。在本文中，我们推导出这些分布的期望值和方差，而假设的空间细分过程是符合的Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami模型的前提。我们没有对成核和生长速率的时间依赖性施加限制。我们还开发了一个近似的分析细胞大小的概率密度函数。最后，我们已经将我们的方法应用于等时加热条件下固相结晶的分布。
2008-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Realization of the thermal equilibrium in inhomogeneous magnetic systems by the Landau-Lifshitz-Gilbert equation with stochastic noise, and its dynamical aspects
研究温度对临界现象、形核、钉扎、畴壁运动、磁化率等磁性的影响是非常重要的。Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程已被广泛应用于磁性动力学的研究。为了在LLG方程中引入温度效应，提出了利用朗之万噪声的方法。为了使热平衡态（正则分布）成为稳态，系统参数必须满足称为波动-耗散关系的某种条件。在非均匀磁系统中，自旋幅度在不同的网站，该条件要求的随机噪声的幅度和阻尼参数之间的比率取决于在每个网站的磁矩的大小。针对非均匀磁系统，我们系统地证明了随机LLG方程的定态与蒙特卡罗模拟在包括偶极-偶极相互作用在内的各种磁系统中得到的相应平衡态之间的一致性。我们证明了如何违反该条件的结果偏离真正的平衡态。我们还研究了动力学的特征取决于参数集的选择。满足该条件的所有参数集实现相同的定态（平衡态）。相反，不同的参数集的选择导致严重不同的弛豫过程。我们展示了两种松弛类型，即，磁化反转具有均匀旋转和成核。
2015-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic insights into the inhomogeneous nature of solute segregation to grain boundaries in magnesium
在具有多替代元素的镁合金中，晶界（GB）处的溶质偏析对许多重要的材料特性（例如GB能量和流动性）以及因此的织构具有强烈影响。虽然它是公认的，GB偏析是不均匀的，GB溶质成分的随机边界的变化仍然没有被理解。在目前的研究中，原子尺度的实验和模拟技术被用来调查的组成不均匀性的六个不同的GB。三维原子探针层析结果显示，GB的Nd在Mg中的溶质浓度在2至5原子%之间变化。这种变化不仅见于不同的GB方向，也见于GB平面内。相关的原子模拟表明，实验观察到的不均匀的偏析行为源于本地的原子重排内的GB和引入的概念，潜在的过剩自由体积的背景下，提高预测的每个网站的偏析能量。
2023-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional nucleation and growth of deformation twins in magnesium
针对镁合金变形孪晶此前仅能表面/薄膜表征的局限，首次结合暗场X射线显微镜与晶体塑性有限元分析实现介观尺度嵌入晶粒内变形孪晶的三维原位表征，明确了孪晶形核、生长及位错累积的相关规律。
2024-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Crystallization of metallic glass as a grain-boundary nucleated process: experimental and theoretical evidence for the grain structure of metallic glasses
本文通过DSC和Avrami曲线实验证明金属玻璃在晶界形核并具有晶粒结构，反驳了其均匀冻结液体的传统观点，并通过解析模型阐明了双峰和三步特征的成因。
2025-06-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Vapor Phase Growth and Grain Boundary Structure of Molybdenum Disulfide Atomic Layers
具有直接带隙的单层二硫化钼是一种很有前途的二维材料，它超越了石墨烯，可用于下一代纳米电子学。在这里，我们报告的二硫化钼原子层的控制气相合成，并阐明其结晶单层的成核，生长和晶界形成的基本机制。此外，一个成核控制策略，建立系统地促进形成大面积的单层和少层膜。研究了多晶二硫化钼原子层中晶粒及其边界的原子结构和形貌，并应用第一性原理计算研究了其能量分布。的原子层的电气性能进行检查和晶界的作用进行评估。这些材料的厚度均匀性、大晶粒尺寸和优异的电气性能意味着二硫化钼原子层的高质量和可扩展的合成。
2013-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Triggering the Continuous Growth of Graphene toward Millimeter Size Grain
在这篇报告中，我们展示了一种简单而有效的策略，通过调节化学气相沉积过程中反应物的供应来合成毫米级石墨烯单晶颗粒。聚苯乙烯用作碳源。通过对碳源进行脉冲加热来降低石墨烯在铜箔上的成核密度，同时通过逐渐提高碳源温度和氢气流量来驱动石墨烯颗粒的连续生长。结果表明，石墨烯的成核密度可控制在100个/cm ~ 2左右，单晶尺寸可达1.2 mm左右，拉曼光谱、透射电镜和电输运测试表明，石墨烯的质量较高。这里提出的策略提供了非常好的可控性，并使大型石墨烯单晶成为可能，这对实际应用至关重要。
2012-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Local structural ordering determines the mechanical damage tolerance of amorphous grain boundary complexions
本文通过分子动力学模拟揭示非晶晶界复合层中结构短程有序的局部分布与不对称性决定其增韧效果，更无序的结构通过非局域化变形和剪切转变区提高损伤容限。
2023-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Investigating the origin of cube texture during static recrystallization of fcc metals : A full field crystal plasticity-phase field study
中、高层错能面心立方金属立方再结晶织构的起源问题已争论了近70年。尽管有大量的实验和模拟研究，许多问题的成核和立方体晶粒的生长仍然没有得到解决。在这里，我们应用全场晶体塑性模型，利用位错密度为基础的本构理论，研究在平面应变压缩下的变形和织构的演变在铜（Cu）。此外，我们使用相场法，随着随机形核模型，静态再结晶模拟。模拟结果表明，随着应变的增加，变形过程中立方相的体积分数减小。虽然立方晶粒在平面应变压缩过程中是不稳定的，但一些非立方晶粒向立方方向旋转，并在晶界附近形成窄的立方带。随着变形量的增加，立方分量比其他织构分量更快地积累位错密度。在静态再结晶过程中，立方晶区的高储能导致立方晶优先形核。这些立方核起源于晶间立方带。虽然立方体组分具有明显的成核优势，但没有一种织构组分似乎具有生长优势。相反，模拟结果表明，核的非均匀分布产生的晶粒尺寸分布有深远的影响。在再结晶过程中，观察到立方体积分数的显着增加，主要是由于立方晶粒的高形核频率。
2020-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The nucleation and propagation of solitary Schallamach waves
我们隔离单一的Schwaramach波-分离前，调解弹性体和硬表面之间的不均匀滑动-研究它们的创建和动力学。基于使用高速\emph{in situ}成像的表面位移的测量，我们建立波的Burgers矢量。证明了形核应力、缺陷钉扎和组态力的晶体位错模拟。它表明，许多实验观察到的功能可以定量描述使用传统的模型在弹性介质中的位错线。我们还强调了成核功能的演变，如表面皱纹，界面分层的后果。
2015-01-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Energetic contributions to deformation twinning in magnesium
本文通过分子动力学模拟和微观力学模型，研究了镁中形变孪晶核化的能量演化，发现晶界能量降低及层错边界缺陷结构的能量贡献是预测孪晶核化位置的关键考量因素。
2023-07-12 cond-mat.mtrl-sci
Determining ultrafast carrier dynamics of hybrid perovskites at various stages of nucleation and growth kinetics
随着混合有机-无机钙钛矿增加其技术范围，从光致发光太阳能电池到发光器件，再到纳米级晶体管，建立微结构在决定载流子动力学如何决定器件效率方面的作用至关重要。在这里，我们报告的超快动力学的载流子在混合钙钛矿在成核和生长动力学的各个阶段。一种溶液处理的制造技术，其中旋涂条件被优化以控制中间相的成核密度，在温度梯度退火时转化为混合钙钛矿。这一策略使最终导致大晶粒薄膜的成核和生长步骤变得复杂，使我们能够探测电子和载流子动力学差异。我们发现，令人惊讶的是，成核微晶已经显示出混合钙钛矿的电子性质，并共享类似的飞秒到纳秒的动力学作为大晶粒混合钙钛矿薄膜。
2022-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Classical nucleation theory in the phase-field crystal model
要全面了解多晶材料，需要研究成核过程，这是一种通常发生在原子尺度上的热激活相变。这个过程的数值模拟对于传统的数值技术是有问题的：常用的相场方法的分辨率不延伸到成核发生的原子尺度，而原子方法如分子动力学不能缩放到中尺度区域，其中后期生长和结构形成发生在早期成核之后。因此，它是感兴趣的研究成核在最近提出的相场晶体（PFC）模型，它试图弥合原子和介观尺度制度的微观结构模拟。在这项工作中，我们数值计算均匀的液体到固体的成核率和孵化时间在最简单的版本的PFC模型，对于各种参数的选择。我们发现，该模型自然表现出定性协议与经典成核理论（CNT）的预测，尽管缺乏一些明确的原子特征假定在CNT。我们还研究了早期出现的晶格结构的成核晶粒，发现与CNT的一些基本假设的分歧。然后，我们认为，定量正确的成核理论的PFC模型将需要扩展CNT的多变量理论。
2017-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Grain-boundary-mediated kinetic arrest in graphite-to-diamond transformation
University of Oxford（牛津大学）
研究石墨向金刚石转变在HPHT下的变异性，通过分子动力学模拟发现前驱体晶粒结构控制转变途径，晶界影响成核与生长，确定结构异质性为控制参数，前驱体结晶度可调控转变途径。
2026-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of incubation time preceding the Ga-assisted nucleation and growth of GaAs nanowires on Si(111)
从基本观点来看，表面纳米结构的成核和生长之前的孵育时间是有趣的，但也具有实际意义，因为它决定了纳米结构集合的统计特性，如尺寸均匀性。利用原位反射高能电子衍射技术，我们精确地推导出了不同条件下分子束外延生长在未图形化Si（111）衬底上的Ga辅助GaAs纳米线的孕育时间。我们开发了一个成核模型，解释和拟合非常好的数据。我们发现，对于一个给定的温度和Ga流量，孵化时间总是增加与减少的As流量，并成为无限的在一定的最小流量，这是较大的温度。对于给定的As和Ga通量，孵育时间总是随温度而增加，并且在典型条件下在640 °C以上迅速趋于无穷大。温育时间的强温度依赖性反映在纳米线数密度随温度的类似变化中。我们的分析为选择适当的生长条件提供了理解和指导，以避免不必要的材料消耗，长的成核延迟和高度不均匀的纳米线合奏。在更一般的地面上，生长表面纳米结构的最小通量和最高温度的存在应该是一个普遍的现象，适用于广泛的材料-衬底组合。
2019-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Abrupt crystallization from shock-compressed CaSiO3 glass
Graduate School of Engineering, The University of Osaka（大阪大学研究生院工学研究科）；School of Science, Wuhan University of Technology（武汉理工大学理学院）；Institute of Laser Engineering, The University of Osaka（大阪大学激光工程研究所）；Nevada Extreme Conditions Laboratory, University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校极端条件实验室）；RIKEN SPring-8 Center（理化学研究所SPring-8中心）；Graduate School of Science, Osaka Metropolitan University（大阪公立大学理学研究科）
研究通过100GPa下原位时间分辨X射线衍射，发现CaSiO3玻璃在极端压力下快速结晶，核化时间1.69±0.10ns，最终晶粒尺寸约20nm，表明扩散控制转变，同时释放波可能影响核化过程。
2026-04-02 cond-mat.mtrl-sci
A simple model for some unusual properties of martensitic transformation
我们报告了一个详细的数值研究最近推出的二维模型的正方形到矩形马氏体相变，解释了几个不寻常的功能的马氏体相变。该模型包括惯性效应，耗散，长程相互作用之间的转换域和一个不均匀的应力场来描述作为成核中心的晶格缺陷的影响。研究了单次淬火和热循环条件下的单点形核和多点形核。单点形核和多点形核的最后阶段的形态具有相当大的相似性，表明初始分布的缺陷是不重要的。使用连续冷却和加热模拟的热循环表明在转变中存在滞后。更重要的是，能量耗散率以脉冲串的形式发生，其幅度和持续时间具有幂律统计，这解释了实验中观察到的声发射信号的结果。当系统在有限的温度范围内反复循环时，耗散的能量爆发是重复的，这是实验中观察到的特征。相关联的形态显示了马氏体域的完全反转，从而揭示了形状记忆效应的机制。该模型还展示了粗花呢样的图案。
2004-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field modeling of crystal nucleation in undercooled liquids -- A review
我们回顾了相场模型如何有助于理解晶体成核的各个方面，包括均匀和非均匀的过程，以及它们在微观结构演变中的作用。我们回顾了传统的相场方法，依赖于空间平均（粗粒度）的序参量捕获冻结，并通过最近开发的相场晶体模型，工作在分子尺度上，同时采用时间平均粒子密度，并被视为简单的动力学密度泛函理论的经典粒子所获得的结果。除了均匀成核和非均匀成核的简单情况之外，这些技术所解决的现象包括前体辅助成核、共晶和相分离系统中的成核、通过竞争成核过程的相选择、生长前沿成核、生长前沿成核、生长前沿成（在凝固前沿形成新取向的晶粒的过程）产生晶体层和球晶，等轴凝固组织由生长控制的胞状组织向形核控制的胞状组织转变。
2019-11-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Phase nucleation, coarsening and evolution pathways of a sputtered nanostructured Inconel 725 alloy during heat treatment
Hopkins Extreme Materials Institute, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学极端材料研究所）；University of Southern California（南加州大学）
研究纳米结构Inconel 725合金热处理中相形核与演化路径，通过固溶和时效处理，利用缺陷结构控制相选择和析出路径，实现同时析出强化和晶粒稳定，为定制微观结构和协同强化提供策略。
2026-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Element-Specific Solute Trapping and Grain Structure Evolution during Laser Powder Bed Fusion of Multicomponent Alloys
University of Michigan, Dearborn（密歇根大学迪尔伯恩分校）；Texas A&M University（德克萨斯农工大学）；AlphaSTAR Technology Solutions（AlphaSTAR技术解决方案）；University of Michigan, Ann Arbor（密歇根大学安娜堡分校）
本研究通过CALPHAD辅助高斯过程回归相场方法，揭示了多组分合金在激光粉末床熔融快速凝固中元素特异性溶质捕获对形核和晶粒演化的调控机制，并得到EBSD验证。
2026-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Microstructural investigation of the aging behavior of $(3Y-TZP)-Al_2O_3$ composites
采用原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析了传统混粉工艺制备的氧化锆增韧氧化铝基复合材料的低温高压釜老化行为。通过XRD评估成核和生长方面的转化。利用相变的时间-温度等效性，测得相变成核阶段的表观活化能为78 kJ/mol。确定了影响转变的微观结构特征，并研究了氧化铝基体对转变的影响。用原子力显微镜观察了晶粒间的相变过程。相变不仅发生在氧化锆团聚体中，而且也发生在孤立的氧化锆颗粒中。基质可部分抑制转化。考虑到氧化铝基体的约束效应、形状应变调节参数和微观结构均匀性效应，这种行为可以合理化。
2017-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Towards Resolving Landauer's Paradox Through Direct Observation of Multiscale Ferroelastic-Ferroelectric Interplay
纳米铁电体结构的电极化可逆性使其成为研究相变和开发节能开关器件的方便平台。然而，铁电畴如何切换的基本问题，即极化如何从一个状态改变到另一个状态，尚未得到充分的回答。有矛盾的模型和广泛的积累的数据，不同意开关是否需要域成核。此外，铁电畴在电场下切换，这些电场被认为太弱而不能形成成核位点，这表明在真实系统中看到的无序水平起着重要作用。这个长期存在的所谓的朗道悖论是铁电等效于在无尘真空中没有雨滴形成，导致不能以其他方式存在的过饱和蒸汽，例如在亚稳分解或非均匀成核环境中。在这里，我们表明，铁电铁弹系统中的极化开关包括不同的对称性，长度尺度和开关能量的域类型。这些领域的开关同时感谢组织钉扎网站的中程秩序，支持以前无法解释的共存的成核和生长和成核挫折机制。我们的处理是适用于其他Kolmogorov-Avrami系统的多尺度相变。最后，我们展示了基于钉扎位点集体运动的增强机电耦合，这对于纳米机电和低功率开关器件是有希望的。
2016-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Grain Boundary Anisotropy and Its Influence on Helium Bubble Nucleation, Growth, and Decohesion in Polycrystalline Iron
本研究通过分子动力学模拟和柔性体积度量，揭示了晶界各向异性如何决定氦泡形核、生长及脱聚机制，为设计耐辐射材料提供关键见解。
2026-10-16 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Continuous and correlated nucleation during nonstandard island growth at Ag/Si(111)-7x7 heteroepitaxy
本文对Ag在Si（111）-7x7上的亚单层异质外延生长进行了实验和理论研究。覆盖范围从0.05 ML到0.6 ML的STM测量表明，在生长的所有阶段，都有过量的最小岛（每个岛只占一个半晶胞- HUC）。2D润湿层的形成通过在较大2D岛（在几个HUC上延伸）附近的最小岛的连续成核以及随后与它们聚结来进行。这种增长的情况下，动力学蒙特卡罗模拟，它使用一个粗粒度的模型的基础上的有限容量的HUC和机制，增加成核概率在附近的已经饱和的HUC（相关成核）验证。该模型提供了一个很好的拟合的实验依赖性的相对数量的Ag占据HUCs和故障HUCs的占领的温度和沉积的Ag量的偏好。HUC之间的银吸附原子的跳跃获得的参数与先前报道的增长的初始阶段。该模型提供了两个新的参数-HUC内的最大银原子数，和在HUC边界上。
2004-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Kinetics of the surface-nucleated transformation of spherical particles and new model for grain-boundary nucleated transformations
在适用于该问题的Kolmogorov方法的框架内，导出了在非等温和等温两种情况下，球形颗粒表面成核的转化体积分数方程。决定的转变动力学的特征参数，后者的研究特别强调的Avrami指数的时间行为。结果表明，表面形核的转变定性地不同于体形核的一个在大的值的特征参数，由于一维径向生长的新相发生后，在该过程的早期阶段的表面本身的完全转变。这种效果也体现在考虑合奏的大小分布的颗粒和晶界形核的转变。对数正态分布固有的研磨获得的颗粒用于数值计算，并示出拉伸时间的体积分数和Avrami指数的依赖性的合奏相同的颗粒。一个新的模型替代随机平面的卡恩模型的晶界成核变换提供;它是基于合奏的大小分布的球形颗粒的可能性，为一个不断增长的核跨越晶界。这个过程的动力学被证明是由相同的特征参数，作为一个单一的粒子，定性不同于卡恩模型之一。特别是，对数体积分数图在大的值的控制参数结束时观察到的特征弯曲的实验曲线上的大块金属玻璃的结晶。这一特性连同图的整体形式直接表明了金属玻璃的晶粒（多团簇）结构和团簇间边界的成核。
2020-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of Magnetic Vortex Dissipation in Sn-Segregated Boundaries in Nb$_3$Sn Superconducting RF Cavities
我们采用实验、理论和计算相结合的方法研究了Nb $_3$ Sn超导RF（SRF）腔中涡旋成核的机制。一些Nb $_3$ Sn空腔的扫描透射电子显微镜（STEM）图像和能量色散谱（EDS）显示Sn浓度高达$\sim$ 35 at.\%的Nb $_3$ Sn中Sn在晶界处偏析。化学组成为宽度$\sim$ 3 nm。使用从头计算，我们估计过量锡的局部超导性能的材料上的效果。我们模拟Sn偏析作为一个降低的局部临界温度。然后，我们使用含时的金-朗道理论来理解偏析的作用，磁涡旋成核。我们的模拟结果表明，晶界作为两个成核点的涡旋渗透和钉扎点的涡旋后成核。取决于所施加的场的大小，涡旋可能保持钉扎在晶界中或穿透晶粒本身。我们估计超导损耗，由于涡流填充晶界，并与观察到的性能退化与更高的磁场。我们估计，品质因数可能会减少一个数量级（$10^{10}$到$10^9$）在典型的操作领域，如果0.03\%的晶界积极成核涡流。此外，我们估计的体积，将需要充满涡流，以配合腔加热的实验观察。
2020-12-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Inferring Grain Size Distributions from Magnetic Hysteresis in M-type Hexaferrites
University of Toronto（多伦多大学）；Shahrood University of Technology（沙赫鲁德理工大学）；University of Tehran（德黑兰大学）
本研究提出一种随机动力学框架，通过磁滞数据逆向优化推断M型六方铁氧体的晶粒尺寸分布等微观结构参数，经实验验证可揭示材料成核生长等信息，为材料表征提供新方法。
2025-06-14 cond-mat.mtrl-sci physics.data-an stat.AP
Absence of lateral domain wall mobility in Zn1-xMgxO thin films
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
该研究发现Zn₁₋ₓMgₓO的极化反转无横向畴壁迁移率，通过垂直柱状丝形核实现，与钙钛矿的生长介导开关机制不同，明确了其形核主导的开关特性。
2026-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The superheated Melting of Grain Boundary
基于晶界熔化模型，讨论了过热晶界态存在的可能性。利用分子动力学模拟表明，在高对称倾斜的量子阱中，可以实现过热量子阱态。液核尺寸是否超过临界尺寸决定了过热晶界熔化与否。压力引起的熔点升高小于形核机制引起的过热。
2005-06-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Multi-probe detection of domain nucleation across the metal-insulator transition in VO$_2$
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）；Toyota Riken–Kyoto University Research Center (TRiKUC)（丰田理研-京都大学研究中心）
研究通过多探针技术分析VO₂在金属-绝缘体转变中的域分布，结合宏观与微观方法探讨晶粒尺寸对转变特性的影响及域核化过程的关联。
2026-05-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
