Can Symmetric Tilt Grain Boundaries Represent Polycrystals?
该研究针对用高对称重合位置点阵晶界代表多晶晶界的模拟常规做法，通过定量比较晶界原子位点与性能谱，以溶质偏析为例证明Σ<10的高对称倾斜晶界无法准确反映多晶晶界环境，会带来认知偏差。
2023-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation interactions mediated by grain boundaries
变形晶体中位错集合的动力学表明了集体现象、间歇波动和应变雪崩的出现。在多晶材料中，对塑性形变机制的理解取决于对晶界在位错运动中的作用的把握。在这里的位错和弹性，低角度晶界的相互作用进行了研究的离散位错表示的框架。我们允许晶界变形的位错应力场的影响下，并比较这样的扰动刚性晶粒bouches的情况下的效果。我们能够确定，无论是分析和数值，修正位错应力场作用于相邻的晶粒，介导的晶界变形。最后，我们讨论的雪崩统计的结论和后果，在多晶样品中观察到的。
2008-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Structural, chemical and dynamical trends in graphene grain boundaries
晶界是拓扑缺陷，通常具有无序特征。无序意味着理解总体趋势比精确研究单个晶界更重要。在这里，我们提出了石墨烯晶界的趋势。我们使用密度泛函紧束缚方法来计算能量，原子结构（多边形组成），化学反应性（悬挂键密度），弯曲高度（拐点角）和动力学性质（振动）的趋势，作为晶格取向失配的函数。观察到的趋势和它们之间的相互关系可以用结构来解释，并得到过去实验的支持。
2010-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Phase field model of premelting of grain boundaries
我们提出了一个凝固的相场模型，其中包括在固相中的结晶取向的影响。该模型在一个统一的框架内描述了晶界以及固液边界。通过适当选择相场变量与自由能中的晶体取向变量的梯度的耦合，我们发现高角度边界发生预熔化转变。当从下面接近熔化温度时，低角度晶界保持狭窄。大角度晶界处的液相层宽度呈几何发散。此外，对于模型耦合的某些选择，作为温度的函数，流体层的宽度可能存在不连续的跳跃。
2001-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Motion of grain boundaries incorporating dislocation structure
本文基于晶界位错的运动，提出了一个二维小角度晶界动力学的连续介质模型。连续体模型由用于晶界运动的方程（即，组分位错在晶界法线方向上的运动）和晶界上位错结构演化的方程。该模型是从离散位错动力学模型推导出来的。连续介质模型考虑了位错间的长程弹性相互作用，保证了晶界位错结构与Frank公式的一致性。这些晶界及其位错结构的演化能够描述晶界的法向运动和切向平移以及由于耦合和滑动引起的晶粒旋转。由于连续介质模型是基于位错结构，因此它自然地解释了在晶界的运动和旋转过程中，通过组分位错的运动和反应而引起的晶界形状变化。利用推导出的连续晶界动力学模型，对圆形和非圆形二维晶界的动力学行为进行了模拟，并通过离散位错动力学模拟验证了模拟结果。
2018-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Tilt grain boundaries of hexagonal structures: a spectral viewpoint
我们提出了一个光谱的观点，晶界一般是准周期的。为了准确地捕获光谱的计算，这是至关重要的，采用准周期函数的投影方法。在Lifshitz-Petrich自由能的指导下，我们采用光谱的观点来研究六方相的倾斜晶界。提取了晶界的几个成分，这是不容易获得的真实空间轮廓。我们发现，只有少数光谱实质上有助于晶界的形成。它们与体相六方相的本征光谱的线性关系与倾斜角无关。通过考察光谱强度的特征，我们提出了界面宽度的定义。根据该定义计算的宽度与视觉估计一致。
2021-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Melting at dislocations and grain boundaries: A Phase Field Crystal study
用相场晶体方法研究了位错和晶界熔化的三维问题。孤立的位错被发现熔化从他们的核心径向向外，作为本地化的过剩弹性能量驱动器的熔体半径的幂律发散。低至中等角度晶界内的位错熔化类似，直到当相邻熔化区域合并时发生角度相关的一阶润湿转变。高角度的边界内的屏蔽近似处理，并讨论了有关的合奏，亚稳性和晶粒尺寸的问题。
2008-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Probing the Electrical Properties of Overlapped Graphene Grain Boundaries by Raman spectroscopy
晶界和褶皱对多晶石墨烯的电性能的影响是显著的。在这里，我们研究了多晶石墨烯颗粒之间的拼接，特别是，在边界处的层重叠，通过化学气相沉积（CVD）生长，随后通过氧化的Cu衬底掺杂。我们通过拉曼光谱分析了60和220 nm宽之间的重叠区域，发现这些重叠边界中的一些包含AB堆叠双层。重叠晶界的拉曼光谱明显不同于双层石墨烯，并表现出G带峰的分裂。分裂的程度、峰宽以及峰强度取决于重叠的宽度。我们将这些特征归因于通过氧化的Cu衬底跨重叠区域的载流子（空穴）的不均匀掺杂。其结果是，费米能级在重叠的晶界位于0.3和0.4 eV以下的电荷中性点。我们的结果表明重叠晶界的电导率增强，与之前观察到的测量结果类似（1）。电荷分布对晶界重叠宽度的依赖性可能对具有增强导电性的大面积石墨烯的生长具有强烈的影响。
2014-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Continuum Model and Numerical Method for Dislocation Structure and Energy of Grain Boundaries
我们提出了一个连续模型来确定三维小角度晶界的位错结构和能量。平衡位错结构是通过最小化晶界能量得到的，该晶界能量与受弗兰克公式约束的组分位错相关联。位错密度势函数可以方便地描述位错线在晶界上的连续分布，位错线在晶界上的轮廓线代表位错。晶界的能量是由离散位错动力学模型导出的组分位错的总能量，包括位错线能量和位错的反应。用增广拉格朗日方法和投影方法求解了约束能量最小化问题。与原子模拟结果的比较表明，我们的连续体模型是能够给平面和弯曲的小角度晶界的能量和位错密度的出色的预测。
2021-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Chemomechanical Origin of Hydrogen Trapping at Grain Boundaries in FCC Metals
金属的氢脆现象被广泛观察到，但其原子起源仍然知之甚少，争论颇多。通过多面体镶嵌和第一性原理计算，结合一个独特的识别间隙网站，我们研究了氢吸附在晶界上的各种面心立方金属镍，铜，γ-铁和钯。我们发现了间隙氢在晶界吸附能的变化的化学力学起源。建立了一个通用的化学力学公式，以提供准确的评估氢捕获和偏析的能量在晶界，它也提供了直接的解释某些实验观察。目前的研究加深了我们的晶界在氢脆中的作用机理的理解，并承诺一个可行的路径预测微观结构工程对氢脆的结构金属。
2015-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Excess Volume at Grain Boundaries in hcp Metals
与晶界相关的过量体积代表了表征晶界的关键结构参数。它在杂质和合金元素向晶界的偏聚中起着关键作用，并显著影响材料的力学和功能性能。采用第一性原理密度泛函方法，对六方密排（hcp）Ti和Zr的（10-12）共格孪晶界和Zn，Cd和Zr的基底-棱柱晶界的原子结构进行了计算.我们发现计算的过剩体积在Ti和Zr的（10-12）共格孪晶界处有一个消失的幅度，而在Zn，Cd和Zr的基底-棱柱边界处是显著的。
2016-11-08 cond-mat.mtrl-sci
From wetting to melting along grain boundaries using phase field and sharp interface methods
研究了具有障碍势的多序参量相场模型描述平衡状态下晶界预熔的能力。在协议与充满活力的图片，我们发现，干和湿晶界之间的过渡在散装熔点的阈值$2σ_{sl}=σ_{gb}$，与$σ_{sl}$是固-熔体界面能和$σ_{gb}$的能量的干晶界。预熔化的预测证实了使用相场包OpenPhase的模拟。为了预测纯材料中沿晶界熔化的动力学，考虑到引起晶界预熔化的短程相互作用，发展了一种锐界面理论。它证实，对于过热的晶界的熔化速度降低（增加）的非润湿（润湿）晶界。数值稳态的预测是在一个完全解析解的参数空间的一个子集。相场模拟证实了尖锐界面理论的预测。
2014-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Spall strength of symmetric tilt grain boundaries in 6H silicon carbide
Purdue University（普渡大学）
本研究针对晶界特征对层裂强度影响不明的问题，通过大规模分子动力学模拟6H-SiC双晶的对称倾斜晶界，发现其层裂强度等受过剩自由体积等微观结构影响，小角度晶界层裂强度更高，并提取了可用于连续介质模拟的内聚模型。
2025-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Deformation of grain boundaries in polar ice
冰的微观结构（晶界）是研究冰演化和过去气候变化的关键特征。我们研究了南极洲康科迪亚圆顶的一个深冰芯，它记录了过去的机械变形。我们测量了一个“纹理张量”，其特征在于图案的几何形状，并揭示了沿核心变形的局部不均匀性。这些结果质疑了目前用于测年的模型的关键假设。
2004-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Universal preference for low energy core-shifted grain boundaries at the surfaces of fcc metals
具有[111]倾斜轴的晶界在多晶面心立方金属中很常见。对于铜（111）膜，靠近表面的出现的晶界具有偏离[111]的倾斜轴，其能量低于相应的截断体边界。几何分析和原子计算被用来研究在代表性的面心立方元素金属中这种相同弛豫现象的驱动力。我们表明，减少边界能量尺度与消除大力昂贵的边界核心方面。我们发现，对于一个广泛的取向差角低能量的核心移动边界也有利于在Al，Ni，Au和Pt和讨论的电迁移和其他金属性能的意义。
2023-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Universality of grain boundary phases in fcc metals: Case study on high-angle [111] symmetric tilt grain boundaries
晶界通常表现出有序的原子结构。透射电子显微镜和原子计算机模拟已经提供了越来越多的证据表明，不同的稳定和亚稳晶界结构可以发生。同时，将它们作为晶界相进行热力学处理的理论也得到了发展。尽管原子结构在特定材料的特定晶界处被识别，但是这些结构和它们的热力学过剩性质是否是材料特异性的或可推广到例如，所有FCC金属。为了阐明这个问题，我们使用原子模拟与经典的原子间势，以调查一系列的高角度[111]对称倾斜晶界在Ni，Cu，Pd，Ag，Au，Al和Pb。我们确实可以发现两个家庭的晶界相在所有的研究晶界，其中涵盖了大多数的标准fcc材料。在可能的情况下，我们将原子结构与原子分辨率电子显微镜图像进行了比较，发现结构匹配。这就提出了一个问题，如果晶界相仅仅是球填充几何形状的结果，或者如果材料特定的键合物理发挥作用。我们使用简单的模型对势进行了测试，发现需要中等范围的相互作用来再现原子结构，而更现实的材料模型主要影响晶界（自由）能。除了结构研究，我们还报告了晶界的热力学过剩性质，探讨它们如何影响晶界相的热力学稳定性，并详细介绍了材料之间的共性和差异。
2023-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the anomalous thermal behavior of sigma 3 grain boundaries in a variety of FCC metals
我们提出了一个案例研究的复杂的温度依赖性的晶界迁移率。在分子动力学合成驱动力模拟中，发现不同FCC金属中的相同的一般非相干孪晶界显示出反热、热和混合迁移率。最近开发的能量度量被称为广义界面断层能量（GIFE）表面被用来表明，在一个反热的方式移动的孪晶界有一个较低的能量障碍的运动比孪晶界移动热激活的方式。用GIFE曲线预测晶界运动的温度依赖性，将促进晶界科学的研究。
2018-05-03 cond-mat.mtrl-sci
What can the activation energy tell about the energetics at grain boundaries in polycrystalline organic films?
该研究结合实验与动力学蒙特卡洛模拟发现，活化能随晶界数量增加而升高，但无法反映晶界处的微观能量景观，仅能作为薄膜的一般质量指标。
2023-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Modeling Grain Boundaries using a Phase Field Technique
提出了一个描述晶粒碰撞粗化过程的二维框架不变相场模型。本文给出了双晶体中稳定晶界的一维解析解，并计算了平衡能。我们能够计算两个固定取向的晶粒之间的自由晶粒的旋转速率。对于一个特定的选择模型中的功能依赖性的晶界能量采取相同的解析形式的微观（位错）模型的阅读和肖克利。
1998-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Strong impact of grain boundaries on the thermoelectric properties of non-equilibrium synthesized p-type Ce1.05Fe4Sb12.04 filled skutterudites with nanostructure
通过在压力下将非晶薄带快速转变为晶化颗粒，合成了p型Ce_（1.05）Fe_（12.04）填充方钴矿，并对其热电性能进行了研究。据发现，这一过程大大抑制晶粒生长和第二相的形成/偏析，并因此在样品中的纳米尺寸的晶粒与强耦合晶界组成的结果，通过透射电子显微镜观察。在这些样品中的室温载流子迁移率是显着更高的（近两倍）比那些在相同的起始组合物的样品，通过常规的固态反应。纳米结构降低了晶格热导率，而更清洁的晶界允许更高的电子传导。
2010-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Role of defects in the thermodynamic stability of grain boundary phases at asymmetric tilt boundaries in copper
Max Planck Institute for Sustainable Materials（马克斯·普朗克可持续材料研究所）；Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation (ICAMS)（先进材料模拟跨学科中心）；Ruhr-Universität Bochum（波鸿鲁尔大学）；Research Center Future Energy Materials and Systems（未来能源材料与系统研究中心）；Faculty of Physics and Astronomy（物理与天文学学院）
研究通过分子动力学模拟和实验揭示了非对称倾斜边界中位错对铜晶界相热力学稳定性的影响，发现缺陷能显著影响晶界相稳定性。
2026-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Kinetic and Equilibrium Shapes of Cylindrical Grain Boundaries
本研究通过分子动力学模拟和基于位错的连续模型，揭示了Ni中圆柱形晶粒在驱动力下的形状演化与旋转机制，证明晶界迁移和晶粒旋转由位错流介导。
2024-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Controlling grain boundaries by magnetic fields
利用外部磁场影响多晶材料的微观结构的能力在微观结构工程中具有潜在的应用。为了探索这种潜力，并了解电磁场和固态物质传输之间的复杂相互作用，我们考虑相场晶体（PFC）模型。连同有效的和可扩展的数值算法，这允许检查的作用，外部磁场发挥的缺陷结构和晶界的演变，扩散的时间尺度。平面和圆形晶界的例子解释了基本的原子过程和大规模的模拟在2D中被用来获得统计数据的影响下的外部领域的晶粒生长。
2018-11-19 cond-mat.mtrl-sci
On the effect of slip transfer at grain boundaries on the strength of FCC polycrystals
通过计算均匀化微结构的代表性体积元，分析了滑移传递对各种FCC多晶体流动强度的影响。晶体行为由基于物理的晶体塑性模型在有限应变的框架中控制，其中允许在根据几何标准适当取向的滑移系统之间在晶界处的滑移转移。相反，如果不满足滑移转移的条件，则滑移转移被阻断，导致位错堆积的形成。每种材料的所有模型参数都是从位错动力学模拟或文献中的实验数据中确定的。滑移转移导致的多晶体的流动应力的减少（与不透明的晶界的模拟相比），这是依赖于在微观结构中的半透明和透明的晶界的分数。此外，位错密度和Von Mises应力高得多的不透明晶界，这成为合适的地方损伤形核。最后，在Al，Ni，Cu和Ag多晶体中的Hall-Petch效应，包括滑移转移的预测与文献结果更好地吻合，与假设所有晶界是不透明的预测相比，特别是对于小晶粒尺寸（$<$ 20 $μ$ m）。
2021-09-22 cond-mat.mtrl-sci
The structure and motion of incoherent Σ3 grain boundaries in FCC metals
利用合成驱动力分子动力学模拟研究了三种非相干孪晶晶界：<112>、<110>和<111>倾斜晶界的晶界迁移率。这些边界的小面上的低能量的飞机，和步骤流边界运动发生滑动的三重态的部分位错，包括移动的小面。系统的趋势与倾角的识别和表征。观察热激活，反热，和非热运动的肖克利部分位错沿密排和非密排方向的取向解释。热激活边界遵循与小平面粗糙化过渡相关联的补偿效应。对于所有小面边界，必须小心选择系统尺寸和驱动力，以防止模拟伪影。
2017-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Formation energy profiles of oxygen vacancies at grain boundaries in perovskite-type electroceramics
氧空位形成能在技术相关的多晶钙钛矿相的电场辅助的异常晶粒生长中起主要作用。原子尺度上的潜在效应被假定为是由于在结构上不同的区域中的不同缺陷形成能，伴随着空间电荷区的形成，在晶粒边界和晶粒的大体积内部区域之间的阳离子和阴离子点缺陷的重新分配。使用基于经典原子间势的原子计算，我们推导并讨论了对称倾斜晶界$Σ$ 5（210）[001]和$Σ$ 5（310）[001]以及非对称倾斜晶界（430）[001]的优化结构。||（100）[001]在电陶瓷钙钛矿材料SrTiO $_3$、BaTiO $_3$和BaZrO $_3$中。我们提出的档案的氧空位形成能在这些GB，并讨论其依赖于成分和晶界类型。
2023-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Energy of low angle grain boundaries based on continuum dislocation structure
在本文中，我们提出了一个连续体模型来计算任何给定的自由度（任意旋转轴，旋转角和边界平面取向）的连续位错结构的基础上的低角度晶界的能量。在我们的连续介质模型中，我们尽量减少晶界能量与位错结构的约束弗兰克的位错公式与所有可能的伯格斯矢量。用罚函数法将约束极小化问题转化为无约束极小化问题。晶界位错结构近似为直位错网络，预测晶界的能量和位错密度。晶界能的基础上计算的位错结构是能够将其各向异性的性质。我们使用我们的连续介质模型，系统地研究了面心立方铝中$<111>$小角度晶界的能量与任何边界平面取向和所有六种可能的Burgers矢量。与原子模拟结果的比较表明，我们的连续体模型是能够给小角度晶界的能量和位错密度的良好的预测。我们还研究了在其他自由度不变的情况下，面心立方铝中小角度晶界随旋转轴变化的能量。经过适当的修改，我们的模型也适用于异质界面的位错结构和能量。
2016-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic calculations of charged point defects at grain boundaries in SrTiO$_3$
在多晶钙钛矿氧化物陶瓷中，氧空位在加速晶粒生长中起着重要作用。为了推进在原子尺度上的生长机制的基本理解，经典的原子模拟进行了研究的原子结构和氧空位的形成能在晶界上的原型钙钛矿氧化物材料SrTiO $_3$。在这项工作中，我们专注于两个对称的倾斜晶界，即$Σ$ 5（310）[001]和$Σ$ 5（210）[001]。一维连续介质模型适用于确定在含有晶界和点缺陷的原子结构模型中由带电晶格平面引起的静电势。通过这个模型，静电工件，这是固有的超细胞模型与周期性或开放的边界条件，可以考虑和适当的校正。我们报告计算的形成能的氧空位上的所有的氧网站之间的边界两个取向不良的晶粒，我们分析和讨论的形成能值相对于在空位的局部电荷密度。
2021-08-19 cond-mat.mtrl-sci
The Role of Grain Boundaries under Long-Time Radiation
晶界含量高的材料为抗辐射结构材料的发展提供了巨大的潜力。然而，一个正确的理解之间的连接辐射诱导晶界的微观结构行为和它的影响，在长的自然时间尺度仍然是失踪。在这封信中，点缺陷吸收在接口处的一个跳跃罗宾型条件在粗粒度的水平，其中界面微观结构的作用被有效地考虑到总结。然后提出了一个多晶骨料的抗沉强度与其粒径之间的简明关系式，并与实验结果进行了比较。在此基础上，提出了一个包含晶界和点缺陷耦合演化的粗晶模型，为研究辐照诱导的晶粒长时间形态演化奠定了基础。我们的模拟结果表明，在晶粒内的点缺陷源的存在进一步加速其收缩过程中，和辐射往往会触发孪晶界部分的扩展。
2018-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative 3D mapping of chemical defects at charged grain boundaries in a ferroelectric oxide
氧化物界面的极性不连续性和结构变化可以引起各种各样的电子和离子现象。在外延系统中，包括铁电畴壁和超晶格中的界面，相关的效应已经被深入研究。在这里，我们研究多晶铁电ErMnO3中的极性不连续性和晶界处的局部化学之间的关系。使用取向映射和不同的扫描探针显微镜技术，我们表明，多晶材料开发带电的晶界增强电子电导。通过进行原子探针断层扫描测量，我们发现在所有的晶界的铒和氧的耗尽的富集。所观察到的组成变化转化为超过可能的极化驱动效应的电荷，表明结构现象而不是静电决定了局部化学组成和电子输运行为的相关变化。研究表明，带电晶界的行为明显不同于带电畴壁，在极性氧化物界面的性能工程提供了额外的机会。
2023-03-23 cond-mat.mtrl-sci
High-Entropy Grain Boundaries
高熵合金和陶瓷是否有对应的晶界（GB）？由于高熵晶界（HEGB）的概念于2016年首次提出，本文首次对底层界面热力学进行了完整而严格的讨论。一个简化的偏析模型可以说明GB和大容量的高熵效应，降低GB的能量随着温度的升高饱和的多组分（常规和高熵）合金。HEGB可用于通过热力学和动力学效应在高温下稳定纳米晶合金。GB结构无序和过渡提供了进一步的机会，以获得更高的有效GB熵。展望了未来。
2022-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Point defect absorption by grain boundaries in $α$-iron by atomic density function modeling
利用原子密度泛函理论（ADFT）研究了体心立方铁[110]对称倾斜晶界上的点缺陷吸收。结果表明，取向差角对材料的下沉强度有很大的影响。我们还表明，ADFT是能够合理地再现以及在$α$ -铁的弹性性能和点缺陷形成体积。
2015-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Charged grain boundaries reduce the open circuit voltage of polycrystalline solar cells--An analytical description
本文给出了具有高缺陷密度正电荷柱状晶界的$pn^+$结的暗电流-电压关系$J(V)$的解析表达式。这些表达式适用于具有足够高的体空穴迁移率的非耗尽晶粒。通过与数值模拟的直接比较，验证了公式的准确性。数值模拟进一步表明，黑暗的$J(V)$可以用来确定开路电位$V_{\rm oc}$的照明结对于给定的短路电流密度$J_{\rm sc}$。提供了晶界性质和$V_{\rm oc}$之间的精确关系，推进了对薄膜多晶光致发光材料如CdTe和$\mathrm{Cu(In,Ga)Se_2}$的效率的晶界的影响的理解。
2016-12-19 cond-mat.mtrl-sci
A criterion for slip transfer at grain boundaries in Al
用滑移线分析法研究了纯铝晶界的滑移传递现象。在超过250个晶界中分析了滑移转移或阻挡滑移，并评估了两个滑移系统之间的滑移转移的可能性。实验结果表明，当剩余Burgers矢量$Δ$ b小于0.35 b，Luster-Morris参数大于0.9时，很可能发生滑移转移; Luster-Morris参数与剩余Burgers矢量的比值存在一个阈值，超过该阈值，滑移转移是可能的。
2019-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Simulation of Ga Penetration along Grain Boundaries in Al: a Dislocation Climb Mechanism
其中液体金属与多晶固体接触的许多系统在晶界与固-液界面相遇处呈现深的液体凹槽。例如，液态Ga迅速渗透到Al的晶界深处，导致在非常小的应力下沿晶断裂。我们报道了一系列的分子动力学模拟的液体镓与铝双晶体接触。我们确定了液态金属脆化的机制，开发了一个新的模型，并表明这是在很好的协议与模拟和实验数据。
2007-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation impediment by the grain boundaries in polycrystals
本文发展了考虑晶界阻碍位错的位错热力学理论来分析多晶体的剪切试验。通过一小部分基于物理学的材料参数，我们能够模拟载荷及其逆转的应力-应变曲线，这与Thuillier和Manach [2009]的实验曲线一致。给出了载荷作用下的塑性滑移及其反转的典型分布，它们的演变解释了载荷反转过程中过渡阶段的延长长度。
2021-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Machine learning determination of atomic dynamics at grain boundaries
在多晶材料中，晶界是增强的原子运动的位点，但是晶界网络内的原子结构的复杂性使得难以将结构和原子动力学联系起来。在这里，我们使用机器学习技术来建立这些材料的局部结构和动力学之间的联系。根据以前对大块玻璃质材料的研究，我们定义了一个纯粹的结构量，柔软度，它捕捉了原子重排的倾向。这种方法正确地识别结晶区，堆垛层错和孪晶界具有低的原子重排的可能性，同时在高能晶界内发现大的可变性。正如在玻璃[9，19，26]中所发现的那样，具有给定软度的原子重新排列的概率几乎是阿克里欧斯。这表明了一个定义明确的能量势垒，以及一个定义明确的前因子的阿克里乌斯形式的原子的给定的软度。低软原子的前因子的减少表明熵的变化对晶界中的原子动力学具有主导影响。
2018-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Energetics of vacancy segregation to symmetric tilt grain boundaries in HCP materials
分子静态模拟HCP金属中的190个对称倾斜晶界被用来理解空位偏析的能量学，这对于在恶劣环境中设计稳定的界面是重要的。模拟结果表明，晶界的局部排列和由此产生的结构单元对空位结合能的大小有显著的影响，并且每个晶界内的位置-位置变化是很大的。比较不同c/a比材料中每个位置的空位结合能表明，结合能随着c/a比的增加而显著增加。例如，在[1-210]倾斜轴中，c/a=1.5811的Ti和Zr具有比c/a=1.6299的Mg低的空位结合能。此外，当将所有三种元素中所有190个晶界的晶界能与相同晶界的空位结合能作图时，显示出高度负相关（r = -0.7144），其线性拟合比例常数为-25 ang^2。这对于极端环境损伤产生晶格缺陷并且晶界充当空位和间隙原子的汇的应用是重要的。
2013-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Wedge disclination description of emergent core-shifted grain boundaries at free surfaces
在自由表面处出现的晶界控制材料特性，例如纳米材料强度、催化和腐蚀。最近在实验上发现了铜（111）表面上出现的界面重构现象，原子计算表明这种现象在面心立方金属系统中具有普遍性。重构是由于倾向于使边界的倾斜轴在（1-10）平面上朝向[112]移动，并最终形成低能[112]核心移动边界（CSB）。然而，观察到的几何形状，这些紧急边界是不再现原子计算和驱动力仍然是有争议的，由于计算连续分析和原子计算之间的不一致。在这里，使用原子计算，涉及一个有条不紊的移位的位错核心，我们证实了在实验中观察到的紧急边界的核心移位和调和的原子计算与弹性分析，通过列入一个直楔向错在自由表面。
2023-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Properties and Failure Behavior of Phosphorene with Grain Boundaries
采用密度泛函紧束缚方法，研究了磷烯晶界对力学性能和破坏行为的影响。我们发现，大角度倾斜边界具有较高的密度（5| 7）缺陷对（沿AC方向取向）比具有较低缺陷密度的小角度倾斜边界更强，并且类似地比具有较高密度的大角度边界更强（4| 8）缺陷对（沿ZZ方向取向）比具有较低缺陷密度的小角度边界更强。失效是由于在（5）的七边形中最预应变的键断裂|7）缺陷对或八边形的（4| 8）对。大角度晶界更好地容纳七边形和八边形缺陷中的预应变键，导致更高的失效应力和应变。由于Griffith型断裂力学准则没有考虑粘结预拉伸的影响，因此不能用Griffith型断裂力学准则描述。有趣的是，磷烯中倾斜晶界的这些异常机械和失效特征也被石墨烯和六方晶系的α-氮化物所共享，这意味着它们可能对2D材料是通用的。这里揭示的研究结果可能是有用的，在调整磷烯的机械性能，通过缺陷工程的具体应用。
2016-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Imeall: A Computational Framework for the Calculation of the Atomistic Properties of Grain Boundaries
我们描述了\texttt{Imeall}软件包的计算和材料中晶界的原子属性的索引。该软件包提供了一个结构化的数据库，用于存储原子结构及其相关属性，配备了可编程的应用程序接口，以原子间势计算器。该数据库采用通用索引系统，允许存储任何晶体材料的任意晶界结构。的有用性的\texttt{Imeall}包证明通过计算，存储和分析放松的晶界结构的低指数取向轴对称倾斜和扭曲边界的密集范围内的$α$ -铁的各种原子间势。该软件包的能力进一步证明了通过进行自动化的结构生成，位错分析，间隙网站检测，和杂质偏析能量在整个晶界范围。所有计算的原子属性都通过网络框架公开，提供对晶界存储库和分析工具套件的开放访问。
2017-09-29 cond-mat.mtrl-sci
New physics of grain boundaries in bcc metals from the atomic level: molybdenum as a case study
我们提出了一个系统的趋势研究对称倾斜晶界<110>轴钼。我们的研究结果表明，多个结构相，一些纳入空缺，竞争的边界基态。我们发现，在低的外部应力的空位更喜欢绑定到边界的高浓度，而且，外部应力驱动结构相变，对应于开关的边界作为管道的空位扩散途径。最后，我们提出的物理参数表明，这些现象很可能发生在其他体心立方过渡金属以及。
2000-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Quantifying the Energetics and Length Scales of Carbon Segregation to Fe Symmetric Tilt Grain Boundaries Using Atomistic Simulations
杂质向晶界的偏聚对多晶材料的稳定性和宏观行为都起着重要的作用。在这项工作中的研究目标是更好地表征与溶质和杂质偏析到晶界的过程中所涉及的能量和长度尺度。利用分子动力学模拟计算了Fe中125个对称倾斜晶界数据库中碳在多个晶界位置的偏聚能。模拟结果表明，晶界附近大部分原子位的偏聚能低于体相中的原子位。此外，取决于边界，偏聚能量接近体值大约5-12毫米远离晶界的中心，提供了一个能量的长度尺度的碳偏析。该数据集的后续数据简化和统计表示提供了关键信息，例如关于碳原子的平均偏析能量和相关能量分布作为与晶界的距离的函数，其定量地告知具有捕获Fe中杂质的偏析行为所需的能量和长度尺度的更高尺度模型。这项研究的意义是一种方法的发展，能够确定偏析能量在很宽的范围内的晶界特性（典型的多晶材料中观察到的），在此已被应用到碳偏析在一个特定类别的晶界铁。
2013-02-12 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
Molecular dynamics simulation of Ga penetration along Al grain boundaries under a constant strain rate condition
虽然不同的断裂特征已经观察到在液体金属脆化（LME）取决于固-液金属对，纳米厚的液体金属膜沿晶界的渗透已被确定为在许多经典的LME系统，如Al-Ga，Cu-Bi和Ni-Bi的脆化的关键机制之一。例如，液态Ga迅速渗透到Al的晶界深处，导致在非常小的应力下沿晶断裂。采用分子动力学模拟研究了恒应变速率下液态Ga与Al双晶接触的动力学行为。我们识别出了Ga渗透过程中在晶界槽尖形核并沿晶界向下爬升的晶界位错，并基于拓扑方法表征了它们的原子结构。
2011-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Structural phase transformations in metallic grain boundaries
作为低维系统中相变的复杂例子，界面处的结构转变具有深远的基本意义。尽管进行了数十年的广泛研究，但没有令人信服的证据表明元素系统中大角度晶界的结构转变。在这里，我们表明，在原子模型中观察这种相变的关键障碍已经植根于不充分的模拟方法。所提出的新方法允许晶界内原子密度的变化，并揭示了具有不同原子结构的多个晶界相。通过改变温度或向边界区域注入点缺陷，观察到这些相之间的可逆一阶变换。由于多个亚稳相的存在，晶界可以吸收大量的点缺陷，在材料内部产生的过程，如辐射。我们提出了一种新的机制，辐射损伤愈合的金属，这可能会指导进一步改善金属材料的抗辐射性能，通过晶界工程。
2013-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Inversion of oxygen potential transitions at grain boundaries of SOFC/SOEC electrolytes
固体氧化物燃料/电解质电池（SOFC/SOEC）是将能量在化学形式和电形式之间进行逆向转换的电池。然而，电解质降解发生更严重的SOEC比SOFC在长期运行。通过求解输运方程，我们发现在多晶SOFC/SOEC电解质的晶界处存在非常大的氧电势梯度和急剧的氧电势转变。令人惊讶的是，确定了氧势转变的反转，这表明了次要电子载流子的根本不同的传输机制。这些发现对于理解和消除SOFC/SOEC在实际应用中的降解至关重要。
2018-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Grain Boundaries and Surfaces on Electronic and Mechanical Properties of Solid Electrolytes
本文通过构建11种固体电解质的590个表面和晶界库，揭示扩展缺陷会降低晶界分离能和断裂韧性、引入带隙内电子界面态，从而解释全固态电池中固体电解质的优先开裂及电化学行为。
2024-01-05 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of defects at $\Sigma3$ grain boundaries in CuGaSe$_2$
本文采用第一性原理计算方法研究了CuGaSe $_2$中阳离子-Se的$Σ$ 3（112）晶界。我们讨论了这些晶界的结构，以及本征缺陷和Na杂质对它们的电子性质的影响。形成能表明，缺陷将倾向于优先形成在晶界，而不是在晶粒内部。我们发现，在富镓的生长条件下，铜空位，以及在铜和铜在镓反位的Ga是主要负责有平衡费米能级钉扎向中间的差距，导致载流子耗尽。处于+1电荷状态的Cu杂质处的Na对此有贡献。另一方面，在Ga-贫生长条件下，Cu空位和Ga在Cu反位的形成能对于载流子密度或平衡费米能级位置的任何显著影响都相对太高。因此，在这些条件下，在Ga反位的Cu引起$p$型晶界。此外，它们的形成能低于Na在Cu杂质处的形成能。因此，与CuInSe $_2$晶界中发生的情况相反，后者将不能充当防止晶界处的复合的空穴势垒。我们还讨论了体的CuGaSe $_2$，我们假设，反映了晶粒内部的性质的电子性质的缺陷的影响。
2021-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Magneto-electric Tuning of Pinning-Type Permanent Magnets through Atomic-Scale Engineering of Grain Boundaries
在高温下保持高磁化率（即维持磁化的能力）的钉扎型磁体是蓬勃发展的清洁能源技术的核心。其中，Sm 2Co 17基磁体由于其高温稳定性而成为优秀的候选者。然而，尽管几十年来一直在努力优化晶内微观结构，但目前的矫顽力仅达到理论极限的20~30%。在这里，晶粒内部的纳米结构和晶界在控制介电性的作用是解开新兴的磁电方法。通过仅施加~ 1V的电压进行氢充/放电，可逆性被调节至~ 1.3T的前所未有的值。原位磁结构测量和氢原子的原子尺度跟踪表明，氢原子在晶界的偏聚，而不是晶体结构的变化，主导了可逆的和实质性的磁性变化。氢降低了局部磁晶各向异性，并促进从晶界开始的磁化反转。我们的研究揭示了以前被忽视的关键作用，晶界在传统的磁化开关范例，建议一个关键的重新考虑的战略，以克服在永磁体的磁极限，通过例如原子级晶界工程。
2021-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional nanovaristors at grain boundaries account for memristive switching in polycrystalline BiFeO3
多晶材料中的忆阻开关被广泛归因于导电丝的形成和断裂，被认为是由氧空位再分布介导的。然而，底层的原子尺度过程仍然是未知的，这限制了器件建模和设计。在这里，我们结合实验数据与多尺度计算来阐明整个原子尺度的周期在未掺杂的多晶BiFeO3。导电原子力显微镜显示，晶界表现得像二维纳米压敏电阻，而在循环的返回部分，减少的电流是通过晶粒。利用密度泛函理论和蒙特卡罗计算，我们推导出所观察到的现象的原子尺度机制。非平衡浓度下的氧空位最初分布相对均匀，但它们被增加的电压扫入晶界。然后，临界电压（SET电压）消除了用于通过晶界中的空位能级跳跃传导的势垒。在循环的返回部分，晶界再次不导电，但是晶粒由于氧空位的远程掺杂而显示出非零导电性。该负电压相当于重新分布空位的热脉冲。认识到纳米压敏电阻器是多晶材料中忆阻开关的核心，可能会为新型器件和电路开辟可能性。
2015-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Modulation of Charge Transport at Grain Boundaries in SrTiO3: Toward a High Thermoelectric Power Factor at Room Temperature
为了在低温下实现高性能，具有热激活电导率的热电材料中的晶界性质的调制是至关重要的。在这项工作中，我们直接表明，在钙钛矿SrTiO 3中的晶界处的势垒的调制改变了块体材料的电导率的低温依赖性。通过在增加强度的还原环境中烧结样品，我们生产了La0.08Sr0.9TiO3（LSTO）陶瓷，逐渐改变其导电行为从热激活单晶样，只有微小的变化塞贝克系数。Kelvin探针力显微镜的表面电位成像发现，在更还原的环境中处理过的LSTO样品中，晶界处的势垒较低。一个理论模型，使用带偏移在晶界上表示的势垒同意与测量的电导率的晶界电位依赖性。目前的工作表明，在330 K的电导率（从85到1287 S cm-1）和功率因数（从143到1745 μW m-1 K-2）的数量级的提高，通过这种调制的电荷传输在晶界。这种显着减少晶界上的电荷传输SrTiO 3的影响提供了一个机会，以实现最终的“声子玻璃电子晶体”通过适当的实验设计和加工。
2021-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Dopant-segregation to grain boundaries controls electrical conductivity of n-type NbCo(Pt)Sn half-Heusler alloy mediating thermoelectric performance
未来热电材料的科学驱动设计需要深入了解微观结构和传输特性之间的基本关系。多晶材料中的晶界通过空间电荷效应引起的声子散射或电子俘获来影响热电性能。然而，目前缺乏对晶界相关特征的仔细研究，阻碍了性能的进一步优化。在这里，我们研究了n型NbCo 1-xPtxSn半Heusler合金，这是通过球磨和放电等离子烧结（SPS）合成的。在一个样品上进行SPS后退火，导致改善的低温电导率。用电子显微镜和原子探针断层扫描对两种样品的显微结构进行了观察。退火后，晶粒尺寸从约230 nm增大到约2.38 μm。Pt被发现在晶粒内和晶界处，在那里它局部地降低电阻率，如通过原位四点探针电导率测量所评估的。我们的工作展示了微观结构和电导率之间的相关性，通过调整晶界的化学成分为未来的微观结构优化提供了机会。
2021-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Strength Characteristics of Tilt Grain Boundaries in Graphene
利用分子动力学模拟和第一性原理计算，我们研究了在金属衬底上CVD生长石墨烯过程中出现的石墨烯片倾斜晶界的结构和机械强度。令人惊讶的是，我们发现，对于在Z字形和扶手椅取向附近的倾斜边界，具有5-7个缺陷对的较高密度的大角度边界比每单位长度由较少缺陷组成的小角度边界更强。有趣的是，我们的结果中的趋势不能用连续格里菲斯型断裂力学标准来解释，该标准预测相反的趋势，因为它没有考虑到导致失效机制的关键键。我们已经确定了高应变的债券在7元环，导致失败的片材，我们已经发现，大角度的边界能够更好地适应应变7环。我们的研究结果为设计生长方法提供了指导，以获得强度接近原始石墨烯的晶界结构。
2010-07-28 cond-mat.mtrl-sci
