Long-time behavior of the $ω\to α$ transition in shocked Zirconium: Interplay of nucleation and plastic deformation
我们研究的热激活，缓慢转换的滞后保留的$ω$相到稳定的$α$相在恢复样品的冲击锆。的$ω$相衰减的时间遵循代数定律，不同于一阶转变的成核生长框架的预测，和剩余体积分数的阶段和位错密度相关的幂律。我们提出了一个解释的退火机制，通过耦合动力学的位错和相变。我们发现，长时间的行为是由位错的相互作用，剪切波动，和残余相的体积分数，导致代数衰减的时间控制。对于后期的时间，热激活量，如位错迁移率和成核率设置的时间尺度和控制的代数行为，分别。在足够高的温度下，这种行为实际上与标准Avrami动力学没有区别。
2015-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Primary damage production in the presence of extended defects and growth of vacancy-type dislocation loops in hcp zirconium
长期预测辐射损伤累积模型中的生产率通常被认为与反应堆部件的材料微观结构无关。在这项研究中，预先存在的微观结构元素的影响，在α-锆-反之亦然-的主要损害生产评估的分子动力学（MD）模拟。考虑了a型位错环、c组分位错环和倾斜晶界（GB）。在所有这些微观结构元素的存在下，初级损伤的产生减少，并且聚集行为取决于微观结构。碰撞级联不会导致a型环的增长或收缩，但会导致c成分环的收缩。在GBs存在下的级联产生的空位比空位多。这一结果，以及其他理论，分子动力学和实验证据，证实了空位环将在空位过饱和环境中生长的GB附近。不同的温度依赖性的生长制度被确定。此外，MD揭示了级联诱导的事件，其中a型空位环被GB吸收。铁偏析的循环抑制这种级联诱导的吸收。
2019-03-27 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Study of Secondary Slip in Zirconium
虽然在六方密排锆的有利的滑移面是棱柱形的，螺旋位错可以逃脱他们的惯习面在金字塔或基面滑动。使用从头计算内轻推弹性带方法，我们表明，令人惊讶的是，这两个事件共享相同的热激活过程与一个不寻常的保守运动的棱柱形堆垛层错垂直于自己。通过迁移的中途，螺位错采用非平面亚稳态配置与堆垛层错在相邻的棱柱形平面加入两层金字塔孪晶。
2014-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen and oxygen transport and reactions during plasma nitridation of zirconium thin films
本文研究锆薄膜在NH3等离子体辅助热氮化中的ZrN生长机制，揭示低温氧化、高温氮氧交换及氧的双向扩散，并提出ZrN/ZrOx/Zr层状模型，证明等离子体可实现完全氮化并显著降氧。
2025-05-12 cond-mat.mtrl-sci
X-Ray diffraction studies on asymmetrically broadened peaks of heavily deformed Zirconium based alloys
Zr-2和Zr-2.5%Nb合金在不同变形量下的衍射峰是不对称的。为了从这些非对称峰来表征这些变形合金的微观结构，采用了X射线衍射线轮廓分析（如Williamson-Hall技术）、基于二阶和四阶约束矩的方差法以及基于各向异性应变分布的Stephens模型。域的大小和位错密度已被评估为这两种合金的变形的函数。这些技术在基体内部位错结构高度不均匀导致线轮廓不对称的情况下是有用的，特别是对于变形的多晶材料。
2007-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Effect of heavy ion irradiation on microstructure and electron density distribution of zirconium alloy characterised by X-ray diffraction technique
采用不同的X射线衍射线轮廓分析（XRDLPA）技术对Zr-1.0%Nb-1.0%Sn-0.1%Fe合金辐照后的显微组织进行了分析。用Williamson-Hall技术、修正Rietveld分析和双Voigt方法估算了辐照合金的畴尺寸、微应变、位错密度和层错几率随剂量的变化。位错密度随辐照剂量的增加有明显的变化。分析还估计了辐照后主要滑移面中位错的平均密度。首次用X射线衍射技术确定了辐照引起的电子密度分布的变化。我们可以估计的平均位移的原子和晶格应变所造成的辐射从电子密度分布的变化，如观察到的等高线图。
2006-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Oxygen on Hydrogen Diffusivity in hcp-Zirconium
锆及其合金是核反应堆中广泛使用的包壳材料。它们在反应器的苛刻工作条件下容易发生氢降解，这就需要对氢化物浓度进行连续监测。在压力管寿命的后期阶段存在氢化物洁净区，这阻碍了通过从压力管表面刮取样品进行的监测过程。我们研究了氧对氢在hcp-Zr中的扩散率的影响，以检查氧减缓氢的扩散从而鼓励氢化物剥蚀区的发生的假设。从研究中，我们发现，氧确实降低了氢在hcp-Zr中的扩散率为中等O浓度，支持这一假设。我们研究了单个H原子的扩散过程，结果表明，扩散率的降低是由跳跃率的降低和几个间隙位点的组合形成的氢陷阱引起的。
2019-09-05 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Oxygen-dislocation interaction in titanium from first principles
用从头计算方法研究了密排六方钛中螺位错与间隙氧原子的相互作用。我们的计算证据的强烈排斥时，溶质原子位于位错滑移面，导致自发的交叉滑移，这使得位错绕过原子障碍。这种避免过程解释了在氧存在下钛中的几个实验观察结果：（1）对螺旋位错运动的较大晶格摩擦，（2）棱柱平面中位错滑移距离的减小和（3）金字塔平面中交叉滑移的增强。
2018-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Interactions between Oxygen Interstitial and <a>-Type Screw Dislocations in alpha-Titanium
我们采用密度泛函理论计算分析之间的相互作用的氧间隙原子和α-<a>钛型螺旋位错（<a>= a<11-20>/3），广义堆垛层错（GSF）的能量，位错芯结构和应变场的氧间隙的调查。与Al等替位原子相比，八面体位置的氧自由基与α-型螺位错核之间存在较大的排斥作用<a>，这是由于Ti晶格位置间的间隙原子在核中的体积大大减小。位错核周围间隙体积的微分位移图和分布表明，与氧间隙的相互作用是非常短的范围（~ 5埃）和方向性的，主要位于棱柱形平面上，在螺旋位错核中的大部分晶格位移<a>发生。在长距离的相互作用介导的应变从间隙氧和位错消失。我们发现，在短距离的大排斥相互作用可以推动氧原子从原来的间隙位到一个新的间隙位的基面上的位错核心。强排斥相互作用和氧杂质的机械洗牌可以预期对位错动力学有很大的影响，并且可以用来解释实验观察到的α-钛中氧杂质的强强化效应。
2015-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Isothermal Annealing of Shocked Zirconium: Stability of the Two-phase $α/ω$ Microstructure
在高压条件下，Zr经历从其环境平衡六方密堆积$α$相到六方$ω$相的相变。在恢复到环境条件时，材料显示滞后行为，保留大量的亚稳$ω$相。本研究提出了一种原位同步辐射X射线衍射分析的Zr样品冲击加载到压缩峰值应力为8和10.5 GPa，然后在443，463，483，和503 K的温度下退火。定量跟踪了退火过程中$α$相体积分数的变化，定性跟踪了退火过程中两相位错密度的变化。在加热时，$ω\toα$的逆转变不会完成，而是达到新的亚稳态。在较高温度下，初始转化速率较快。冲击加载到更高的峰值压力的样品经历了更高的初始转化率和更广泛的转化。在这两个阶段的位错含量被观察到是高的冲击样品。退火样品减少了两个相中的位错含量，在$ω$相中的减少较少，导致从$ω\toα$的转变受到$ω$相中位错结构的钉扎效应的限制的假设。电子背散射衍射分析证实，预期的$(0\;0\;0\;1)_α\parallel(1\;0\;\overline{1}\;1)_ω$和$[1\;0\;\overline{1}\;0]_α\parallel[1\;1\;\overline{2}\;\overline{3}]_ω$取向关系保持在退火期间的$α$相的成核和生长期间。\end{abstract}
2015-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Vacancies at Dislocation Core Modulate Plasticity in Strontium Titanate
Ames National Laboratory（艾姆斯国家实验室）；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；Iowa State University（爱荷华州立大学）；University of Virginia（弗吉尼亚大学）
研究通过结合透射电镜与分子动力学模拟，揭示了氧空位密度与位错运动之间的关系，发现位错环的氧空位分布影响塑性行为。
2026-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical analysis of zirconium oxynitride/water interface using neural network potential
本文结合从头算副本交换蒙特卡洛采样与神经网络势加速分子动力学，模拟含氧空位的Zr₇O₈N₄/H₂O界面，揭示水分子吸附与层状结构变化及其对氧还原活性的影响。
2023-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Effect of carbon vacancies on structural and mechanical properties of stable zirconium carbides: A first principles study
通过使用进化算法USPEX，我们已经预测了一些稳定的碳化锆。除了已知的岩盐型化学计量比ZrC（Fm-3 m）之外，本预测还确定了五种稳定的亚化学计量比碳化锆，其采用具有有序碳空位的岩盐型结构，Zr 8 C7（P-1）、Zr 6C 5（C2/m）、Zr 5C 4（P-1）、Zr 3C 2（C2/m）和Zr 2C（Fd-3 m）。研究了碳空位对材料结构和力学性能的影响。我们强调，碳空位的分布有显着的影响，体积，皮尤比，和硬度。我们进一步提出，可以通过用合适的元素，特别是氮和氧取代碳空位来提高硬度。
2015-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Preferred corrosion pathways for oxygen in Al2Ca-twin boundaries and dislocations
随着对氧沿剩余晶体缺陷扩散的持续讨论，由于其快速且钝化的氧化物形成，很难研究含Al金属间化合物材料中的这种现象。我们在这里报告的观察增强沿晶体缺陷，即位错和孪晶界，在C15 Al 2 Ca Laves相和氧的存在下如何诱导这些缺陷的结构变化。三个主要阶段进行了鉴定和结构特征的像差校正，原子分辨率扫描透射电子显微镜，分析能量色散X射线光谱和电子能量损失谱。与C15体相不同，孪晶界和位错转变为几个纳米宽的非晶相，其贫Al和Ca但高度富集氧。位错甚至表现出非晶相与简单的富Al的Al fcc相共存。该A1相仅消耗Ca，而不消耗Al（Al保持体浓度），并且还富含氧。富Al的A1相与C15基体共格。电子能量损失谱显示非晶相为Al2O3.因此，我们表明，作为第一个研究之一，沿晶体缺陷，特别是也在孪晶界的氧扩散，可以诱导沿自身形成的非晶氧化物。当材料在高温下塑性形变过程中暴露于空气中时，必须考虑应变缺陷处氧致转变的识别。
2022-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Interaction of oxygen interstitials with lattice faults in Ti
氧对钛的机械性能影响很大。此外，位错和孪晶界也影响着hcp金属的塑性变形。作为Ti中缺陷相互作用的系统研究的一部分，我们研究了氧与（10-12）孪晶界和（10-10）棱柱面层错的相互作用。在孪晶几何的四个间隙网站的能量进行了比较与散装八面体网站。我们发现，这些网站位于孪晶边界的两个更有吸引力的氧比散装，而远离边界的网站是排斥。此外，我们研究了氧与棱柱形层错的相互作用，以近似氧与位错的相互作用。我们表明，氧增加堆垛层错能，因此被排斥的故障的几何形状，因此位错核心。
2014-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation loops growth and radiation growth in neutron irradiated Zr-Nb alloys: rate theory modelling
提出了一个研究辐照Zr基合金位错环生长的通用模型。它考虑到温度的影响，效率的环路吸收点缺陷依赖于环路的大小，局部的晶界下沉强度的影响，和合金元素的浓度。该模型用于描述反应堆条件下中子辐照下锆铌合金环半径增长的动力学。在不同的晶粒尺寸，从晶界的位置，和铌的浓度的环半径和应变的增长进行了研究。结果表明，局部晶界下沉的结果在晶粒内部的晶体的不均匀变形。此外，铌作为合金元素的引入减小了环半径，但促进了晶粒内局部应变的增长。
2020-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-Scale Structure Relaxation, Chemistry and Charge Distribution of Dislocation Cores in SrTiO3
利用像差校正扫描透射电子显微镜的显微镜和光谱学技术，我们测定了10°倾斜SrTiO_3双晶中位错核的原子排列、占位、元素分布和电子结构。我们确定有两种不同类型的缺氧位错核心，即，SrO平面终止的Sr 0.82Ti 0.85O 3-x（Ti 3.67+，0.48它们具有相同的Burgers矢量a[100]，但原子排列和化学性质不同。除了氧空位，Sr空位和岩盐状氧化钛重建也被确定在位错核心与TiO 2平面终止。我们的原子尺度研究揭示了单个位错核心的真实原子结构和化学性质，为理解位错和晶界的性质提供了有用的见解。
2017-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Enabling microstructural changes of FCC/BCC alloys in 2D dislocation dynamics
降维过程是根据不同条件（如辐射、高温或压力）引发的缺陷几何性质的变化来表示二维位错动力学中的缺陷的配方。在本研究中，这一过程被扩展到包括进一步的功能，特别关注面心立方/体心立方合金用于不同的工程目的的缺陷的存在。为了在二维位错动力学计算单元上反映合金的微观组织状态，对每种缺陷采用相应的强度和线间距，实现了多类型缺陷在滑移线上的分布。此外，设置简单的递归增量关系来计算沉淀物上的循环累积。在滑移线上刃位错运动受到连续阻力的情况下，引入了摩擦力的表达式，考察了摩擦力对屈服强度的贡献。通过使用关于平面应变变形条件下的缺陷性质和晶粒尺寸的实验信息，将每个新性质独立地应用于不同的材料：对于预时效和热处理的铜-铬-锆中的沉淀物粗化，钽-2.5钨中的内摩擦，和混合硬化，由于存在的沉淀物和棱柱形环在辐照氧化物弥散强化EUROFER与0.3%氧化钇。
2015-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Characteristics of $\langle a \rangle$ Screw Dislocations Basal Slip in Titanium
本文通过MD模拟和NEB计算研究了纯钛中$\langle a \rangle$螺位错的基面滑移机制，揭示了低应力下扭折直接在基面形核，并指出该机制与锥面到柱面交滑移的热激活有关。
2023-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation of dislocations and their dynamics in layered oxides cathode materials during battery charging
晶体固体中的缺陷及其相互作用通常是材料性能和功能的基础，因为它们对稳定性具有决定性作用，导致增强的扩散，并充当空位的储存器。最近，富锂层状氧化物已成为下一代储能阴极材料的主要候选者之一，其容量超过商业使用的化合物50%。氧-氧化还原反应被认为是造成过剩容量的原因，然而，电压衰减阻碍了这些新材料的商业化。尽管有广泛的研究，但对氧氧化还原反应和电压衰减的基础机制的理解仍然不完整。在这里，使用操作三维布拉格相干衍射成像，我们直接观察富锂层状氧化物材料的纳米颗粒中的移动位错网络的成核。令人惊讶的是，我们发现，与常规层状氧化物材料相比，在富锂层状氧化物材料中更容易形成位错，这表明富锂层状氧化物中的缺陷与异常高的容量之间存在联系。部分位错网络的形成显著改变了局部锂环境，并导致电压衰减。基于我们的研究结果，我们设计并演示了一种方法来恢复原来的高电压功能。我们的研究结果表明，在富锂层状氧化物的电压衰减是可逆的，并呼吁新的范例，改善设计的氧氧化还原活性物质。
2017-06-09 cond-mat.mtrl-sci
First-principles determination of the phonon-point defect scattering and thermal transport due to fission products in ThO2
本研究利用第一性原理与非微扰格林函数方法计算ThO2中裂变产物及本征点缺陷的声子散射，揭示局部力常数和化学环境对热导率退化的关键作用。
2024-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Head-to-Head and Tail-to-Tail Domain Wall in Hafnium Zirconium Oxide: A First Principles Analysis of Domain Wall Formation and Energetics
本文通过第一性原理计算揭示了HZO铁电体中头对头/尾对尾畴壁的形成机制，发现极性-间隔层交叉排列、氧空位密度和电极功函数共同决定畴壁类型与稳定性，并提出畴最小厚度判据。
2023-11-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Exsolution of oxygen impurity from diamond lattice and formation of pressurized CO2-I precipitates
本研究利用TEM和断层扫描技术，揭示了金刚石晶格中氧杂质出溶形成高压CO2-I相沉淀物的现象，并发现其形态与P-T-t演化及氧过饱和度相关。
2023-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation and consequences of dopant segregation inside and outside dislocation cores in perovskite BaSnO3
内部和外部的位错核心的不同掺杂剂的行为，通过原子分辨率的电子显微镜在钙钛矿BaSnO 3的相当大的后果，当地的原子和电子结构。在弹性应变的驱动下，当A位指定的La掺杂剂在位错核附近偏析时，掺杂剂原子在压应变区域中的Ba位处积累。这触发邻近核心原子位点的Ba空位的形成，导致核心的重构。尽管存在非常大的拉伸应变场，当La原子在位错核心内偏析时，它们成为B位掺杂剂，取代Sn原子并补偿核心氧空位的正电荷。电子能量损失谱表明，这些位错的局部电子结构的变化显着，由于隔离的掺杂剂内部和周围的核心范围从形成强的La-O杂化电子状态附近的导带最小绝缘体到金属的过渡。
2021-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Slip intermittency and dwell fatigue in titanium alloys: a discrete dislocation plasticity analysis
本文利用离散位错塑性模型研究钛合金Ti-7Al-O的滑移间歇性与应力振荡，揭示其源于热激活位错逃逸，并发现间隙氧可抑制该现象，为驻留疲劳下喷气发动机钛合金的设计与安全评估提供依据。
2023-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation-point defect interaction on plasticity across the length scale in SrTiO3
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；The University of Osaka（大阪大学）；Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）
研究通过跨尺度实验揭示Nb掺杂如何抑制SrTiO3中的位错形核、乘法和运动，发现氧空位促进初始塑性而Sr空位阻碍位错运动。
2026-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancy mediated cubic phase stabilization at room temperature in pure nano-crystalline Zirconia films: A combined experimental and first-principles based investigation
本文报道了用电子束蒸发技术在室温下合成的氧化锆薄膜中立方相的形成。在不使用化学稳定剂和/或同时离子束轰击的情况下实现立方相的稳定。沉积两种不同厚度（660 nm、140 nm）的膜。660 nm和140 nm的薄膜被发现是化学计量比（ZrO 2）和非化学计量比（ZrO 1.7）分别由共振卢瑟福背散射光谱。而660 nm的沉积膜是在立方相，如由X射线衍射和拉曼光谱测量所示，140 nm的沉积膜是非晶的，并在热退火后获得立方相的转变。扩展的X-射线吸收精细结构测量显示，存在的氧空位在局部结构周围的锆的所有薄膜。然而，发现与立方相的膜（660 nm沉积态和140 nm退火膜）相比，非晶膜的这些氧空位的量显著更高。立方相的稳定性解释的基础上，由于氧空位的存在下的氧亚晶格的软X2-模式的振动的抑制。我们在密度泛函理论框架下的第一性原理模型表明，在环境条件下，具有氧空位的立方结构确实比其原始（无空位）对应物更稳定。还讨论了立方相稳定所需的临界空位量。
2019-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Black brookite rich in oxygen vacancies as an active photocatalyst for CO2 conversion: experiments and first-principles calculations
本研究通过高压扭转制备富含氧空位的黑色板钛矿，结合实验与第一性原理计算证明其具有增强光吸收、窄带隙和低复合率，从而提升CO2光催化转化活性并优于商业板钛矿和P25。
2024-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Dopant-defect interactions and their impact on local crystal stoichiometry studies in Mg-doped GaN via atom probe tomography
在这项工作中，掺杂缺陷的相互作用相关的自补偿p型GAN的原子探针层析成像进行了研究。离子分布的3D可视化显示了球形富镁团簇的形成以及Mg掺杂剂向MOCVD生长的GAN：Mg中位错的偏析。与自补偿相关的杂质，如氧和氢，被识别并检测到邻近富镁位错。研究了缺陷区域周围的晶体化学计量，以了解缺陷如何作为陷阱并影响掺杂剂扩散。发现N：Ga的非化学计量区域邻近富镁位错，并与一些富镁团簇重叠，表明潜在的陷阱。在N：Ga的变化不成比例的Mg含量，这表明的微观特征（集群和位错）与当地化学不同的相互作用。还演示了通过人工制品的失效来定义APT实验的质量的技术。富镁的缺陷和变化的N：Ga被认为是独立的工件相关的蒸发场在APT。
2021-02-15 cond-mat.mtrl-sci
