The vacancy - edge dislocation interaction in fcc metals: a comparison between atomic simulations and elasticity theory
研究了面心立方金属（Al，Au，Cu，Ni）中空位与刃位错在不同长度尺度下的相互作用。使用经验势和静态弛豫，原子模拟给我们一个精确的描述这种相互作用，主要是在两个缺陷之间的分离距离很小的情况下。在更大的距离，弹性理论可以用来预测这种相互作用。从这两种方法之间的比较，我们得到的最小分离距离，弹性适用，我们估计在计算中所需的细化程度。在这个目的中，使用各向同性和各向异性弹性假定一个完美的或解离的刃位错，并考虑尺寸效应以及不均匀性的相互作用。
2021-01-11 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
Dislocation interaction with C in alpha-Fe: a comparison between atomic simulations and elasticity theory
采用基于嵌入原子方法（EAM）的经验Fe-C原子间相互作用势和分子静力学模拟，在原子尺度上模拟了C原子与螺型位错和刃型位错的相互作用.原子模拟的结果与弹性理论的预测进行了比较。它示出，只要进行各向异性弹性计算，并考虑由C间隙引起的膨胀和tetravel畸变，可以得到两种建模技术之间的定量协议。使用各向同性弹性允许预测相互作用的主要趋势，并且仅考虑间隙扩张将导致错误的相互作用。
2008-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Calculation of dislocation positions and curved transition pathways in BCC crystals from atomic displacements
晶体中位错滑移的热力学描述主要取决于位错在晶格中移动时必须克服的Peierls势垒的形状。虽然可以使用鞍点搜索算法（如Nudged Elastic Band（NEB）方法）明确获得该势垒的高度，但其确切形状取决于系统过渡路径的所选近似。本文的目的是制定一个程序，允许识别的位错的位置直接从原子的位移在其核心。我们研究这个模型的性能，通过计算曲线路径的1/2[111]螺旋位错在钨最近获得的一系列图像使用NEB方法在零施加应力和垂直于滑移方向的正/负剪应力。沿着这些弯曲的路径绘制的Peierls障碍被证明是相当不同的，从那些先前通过假设直位错路径。
2014-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Pathways of Solute Segregation in the Vicinity of Nanoscale Defects
这项工作揭示了溶质原子与纳米级晶体缺陷相互作用的原子细节。这种现象的复杂性阐明通过详细的原子探针断层扫描外延应变，成分亚稳，半导体合金的调查。发现位错周围溶质原子的浓度和分布存在细微的变化，并强调了它们的动态演化。结果表明，晶体缺陷，如位错，是在启动应变亚稳层中的相分离的过程。矩阵区域，接近位错，显示出明显的迹象，成分退化后，从破坏局部平衡一个相对较短的时间。溶质浓度以及非随机的原子团簇的密度增加，而从周围的矩阵区域接近位错。平行地，远离位错，晶格保持完整，保持亚稳结构和组成均匀性。在相分离的高级阶段，位错外的基质达到平衡浓度，而位错作为质量传输的载体，为溶质原子到达表面提供快速扩散通道。此外，原子团簇的数量几乎增加了一倍，每个团簇的原子数稳步增加，沿着位错向表面移动。除了理解应变亚稳合金相分离中涉及的原子特征外，这项工作还说明了纳米级缺陷附近溶质原子的热力学和动力学行为，并定量描述了关键过程，从而为改进原子模型和模拟提供了经验输入。
2021-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Single-dislocation phonons: atomic-scale measurement and their thermal properties
本文利用单色化电子能量损失谱在原子尺度测量Si/Ge界面单根位错的局域声子，揭示其引起声子红移并影响界面热导，为缺陷工程调控热输运提供见解。
2025-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric switching at edge dislocations in BaTiO$_3$ modelled at the atomic scale
Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation (ICAMS), Ruhr-University Bochum（波鸿鲁尔大学先进材料模拟跨学科中心）；Center for Interface-Dominated High Performance Materials (ZGH), Ruhr-University Bochum（波鸿鲁尔大学界面主导高性能材料中心）；Faculty of Physics and Astronomy, Ruhr-University Bochum（波鸿鲁尔大学物理与天文学系）；Univ. Lille, CNRS, INRAE, Centrale Lille, UMR 8207 - UMET - Unité Matériaux et Transformations（里尔大学、法国国家科学研究中心、法国国家农业食品与环境研究院、里尔中央理工学院、UMR 8207 材料与转化单元）
研究通过原子模拟揭示了BaTiO3中⟨100⟩边缘位错核心在不同电场方向下作为铁电开关成核中心或墙钉的机制，阐明了位错对铁电开关的影响。
2026-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Pinning of extended dislocations in atomically disordered crystals
近年来，人们对晶体中位错的行为重新产生了兴趣，这些晶体表现出强烈的原子尺度无序，这是组成复杂的单相合金的典型特征。位错在这种晶体中的行为经常在无序系统中的弹性流形钉扎框架下进行研究。在这里，我们讨论修改这个框架，可能需要适应时，处理扩展位错分裂成广泛分离的部分。我们表明，堆垛层错的存在下，产生了一个额外的应力规模，需要与弹性流形理论的钉扎应力进行比较，以决定是否局部钉扎单独或位错钉扎作为一个整体。对于弱相互作用的部分位错的情况下，我们证明了存在多个亚稳态在应力下的退钉阈值和分析的应力演变过程中的堆垛层错宽度加载。此外，我们还研究了几何约束是如何调节位错-溶质相互作用并增强钉扎应力的。我们比较我们的理论参数与原子和离散（部分）位错动力学（D（P）DD）模拟的结果。
2021-10-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Dislocations as natural quantum wires in Diamond
从第一性原理出发，利用混合交换关联泛函研究了金刚石中位错滑移集的电子性质，发现原子尺度的位错芯态产生了一维能带结构，即天然量子线.芯态的位置和特征随局域结构而强烈变化，其中具有悬挂键的混合位错呈现出具有特征一维态密度（$1/\sqrt{E})$）的一维金属带。这种一维费米气体在空间上沿着位错核定位到单原子直径轨道链。当核心内的悬挂键被重建时，1D金属带消失。相比之下，在金刚石中的纯刃位错揭示了具有3.0 eV的直接带隙的1D半导体。这些计算为长期观测到的金刚石中与位错相关的蓝色发光带提供了一种可能的解释。这打开了使用位错作为1D量子相的大门，其功能（电子和光学）特性来自原子尺度的核心状态。
2022-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Shear relaxation behind the shock front in $\langle$110$\rangle$ Molybdenum - From the Atomic Scale to Continuous Dislocation Fields
在这项工作中，我们研究冲击诱导的塑性钼单晶，沿<110>晶体取向的影响。特别是，剪切松弛后面的冲击波阵面进行了定量检查。采用分子动力学（MD）模拟来模拟冲击过程中的变形，然后进行后处理来识别和量化在冲击波阵面后面成核的位错线。位错线上的信息是整体平均内部板坯的模拟盒和不同的实现的MD模拟，从连续的位错场提取使用离散到连续的方法。连续的位错场与MD模拟得到的应力和应变场相关。基于这种分析，我们表明，弹性前体超过剪切应力，在此之后，在一组特定的滑移面上的位错成核，稍微滞后于弹性前。因此，分解剪应力松弛，但主侧应力增加。后者导致在平行于冲击波的平面上的解析剪切应力的增加，导致在平行于冲击波前沿的平面上的位错成核的附加延迟前沿。最后，塑性的两阶段过程导致在平行于冲击波的平面中的各向同性应力状态。利用分子动力学模拟结果计算了特定滑移面上的位错密度和冲击波后的塑性形变，弥补了原子尺度和连续介质之间信息的不足。
2018-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Molecular static simulation of edge dislocation core in bcc iron
用改进的分子静力学方法模拟了体心立方铁中的位错芯结构。这种方法的一个特点是应用迭代过程，其中的原子结构在附近的缺陷和常数，确定沉浸在弹性连续体中的原子的位移计算在一个自洽的方式。按照上述方法，我们开发了一个模型，用于计算刃型位错的原子结构，考虑到周围的主要计算单元的弹性介质的各向异性。考虑到各向异性引入一个明确的角度依赖性的位错所产生的弹性场的参数：伯格斯矢量和泊松比的大小。对Burgers矢量沿[100]方向的劈裂位错进行了模拟。文中给出了迭代算法的收敛性，并考虑了计算单元大小对结果的影响。计算结果为：体心立方铁中位错的原子结构、描述离位错线大距离处的弹性位错场的参数的角度依赖性以及整个模拟区域中的应变张量分量。
2020-10-07 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
Janus icosahedral particles: amorphization driven by three-dimensional atomic misfit and edge dislocation compensation
本研究利用原子分辨率电子断层扫描解析了Janus二十面体纳米颗粒的三维原子结构，发现其五重对称面呈现无序化，且轴向原子附近的刃型位错与无序区域补偿了角缺陷，揭示了多重孪晶颗粒的应变释放机制。
2023-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Cluster Expansion Potentials for Screw Dislocations in BCC Refractory Metals
University of Groningen（格罗宁根大学）
针对体心立方难熔金属中螺位错模拟的挑战，开发了原子团簇展开（ACE）势，通过扩展DFT数据库，显著提高了Mo和W的精度，并改善了V、Nb、Ta的描述，揭示了数据库组成和元素特异性对传递性的影响。
2026-07-02 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
Atomic structure of dislocation kinks in silicon
我们调查的核心重建和相关的结构激发（重建缺陷和扭结）在硅中的位错的物理，使用线性缩放密度矩阵技术。两个主要的位错（90度和30度部分）进行检查，专注于90度的情况下，对单周期的核心重建。在这两种情况下，我们观察到强烈的重建债券的位错核心，在以前的研究中所建议的。因此，相对较低的形成能和高迁移势垒通常与重建（悬挂键自由）扭结。由扭结加上重构缺陷形成的复合物被发现在30度偏角中被强烈束缚，而在90度偏角的情况下则相反，在这种情况下，发现这种复合物在零温度下仅略微稳定，具有非常低的解离势垒。对于30度偏，我们计算的形成能和迁移势垒的扭结被认为是比较有利的实验。我们的结果扭结能量的90度偏是一致的，最近提出的替代双周期结构的核心，这种位错。
1997-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Structure of Grain Boundaries, Dislocations and Associated Strain in Templated Co-evaporated Photoactive Halide Perovskites
Monash University（莫纳什大学）；University of Oxford（牛津大学）
研究通过低剂量电子显微镜技术揭示了模板化FA0.9Cs0.1PbI3-xClx薄膜的原子结构，发现其具有<001>轴的优先晶向取向，并揭示了高角和低角晶界、位错及应变场的特性，为理解缺陷对光伏器件性能的影响提供原子级见解。
2026-04-06 cond-mat.mtrl-sci
The influence of hydrogen core force shielding on dislocation junctions in iron
氢对位错结的影响进行了分析，将氢相关的核心力节点为基础的离散位错动力学。氢降低了位错的核心能量，这降低了位错核心力的大小。我们称之为氢核心力屏蔽，因为它类似于氢弹性屏蔽，但发生在氢浓度低得多。在原子尺度上考虑位错核处原子间的非线性相互作用，对氢引起的位错核能量变化进行了标定，为模型提供了坚实的物理基础。氢被发现加强二元结和促进从三重结的位错的成核。微悬臂梁弯曲试验与氢芯力屏蔽的模拟表明，在结密度和随后的硬化的增加。这些模拟是在对于体心立方铁而言现实的小氢浓度下进行的。
2019-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Localization of Yttrium Segregation within YSZ Grain Boundary Dislocation Cores
多晶电解质中晶界处的离子导电性阻塞是为了改善固态燃料电池和电池的性能而需要克服的主要障碍之一。为此目的，利用离子导电材料如氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）中晶界的物理性质下降到原子尺度成为非常重要的任务。在这里，我们提出了一个单一的晶界在9摩尔%的氧化钇含量YSZ双晶体的结构和成分分析的像差校正扫描透射电子显微镜。我们的研究结合了应变和成分原子分辨率分析与密度泛函理论计算，以找到一个优先偏析钇在晶界位错核心的膨胀原子网站。这些结果解决了一个关键的一步，了解到原子尺度的晶界的物理性质。
2019-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional imaging of dislocation propagation during crystal growth and dissolution
位错等原子级缺陷在决定晶体材料的宏观性能方面起着关键作用。它们的影响是重要和广泛的，从增加化学反应性到增强机械性能，再到大大提高晶体生长速率。因此，位错已被广泛研究使用传统的技术，如X射线衍射（XRD）和光学成像。最近，显微镜的进步使它们能够直接可视化。原子力显微镜（AFM）使单位错的2D研究成为可能，而透射电子显微镜（TEM）最初仅限于薄样品的2D投影，现在可以以接近原子的分辨率在3D中可视化应变场。然而，这些技术不能提供在诸如晶体生长和溶解的动态过程期间位错的形成或运动的原位3D成像。在这里，我们描述了如何布拉格相干衍射成像（BCDI）可以用来在三维可视化的整个网络的位错存在于一个单独的晶体。使用方解石（CaCO3）单晶，我们还使用BCDI监测在重复的生长和溶解周期的位错网络的传播，并显示这是如何密切相关的生长和溶解机制。这些调查表明，BCDI的潜在的研究机制的晶体材料对外界刺激的反应。
2015-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Mechanistic Transition from Screw to Edge Dislocation Glide Enhances High-Temperature Strength in Refractory Complex Concentrated Alloys
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；University of Tennessee, Knoxville（田纳西诺克斯维尔分校）
本研究结合多类表征与模拟方法，揭示Nb-Ta-Ti-V难熔复杂浓缩合金中V含量升高引发位错滑移机制转变、进而提升高温强度的内在机理。
2025-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Direct evidence and atomic-scale mechanisms of reduced dislocation mobility in an inorganic semiconductor under illumination
University of Toronto（多伦多大学）；Iowa State University（爱荷华州立大学）；Peking University（北京大学）
本研究通过实验和模拟揭示了光照射下无机半导体中位错运动减缓的原子机制，为调控半导体机械性能提供了新思路。
2026-02-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
Simulations of dislocation dynamics on an atomic lattice: the effect of collision rules
通过数值模拟研究一维周期晶格上随机位错动力学模型，发现带有湮灭规则的离散模型收敛到位错密度湮灭的偏微分方程，而无碰撞规则模型的行为依赖于参数。
2026-05-29 cond-mat.mtrl-sci math.AP
Dynamic Phases, Pinning, and Pattern Formation for Driven Dislocation Assemblies
我们发现，驱动位错组装表现出一组动力学阶段非常相似的驱动系统的淬火无序，如超导体中的涡旋，磁畴壁，和电荷密度波材料。这些阶段包括堵塞，波动和动态有序的状态，每个产生不同的位错模式，以及在噪声波动和传输特性的特定功能。我们的工作表明，许多淬火无序的系统进行脱钉过渡建立的结果可以应用到位错系统，为理解位错斑图形成和动力学提供了一种新的方法。
2012-07-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
On the importance of constrained atomic relaxations in the Nudged Elastic Band calculations of the Peierls barriers of dislocations
我们表明，直接应用的轻推弹性带（NEB）方法不确定正确的Peierls势垒的1/2<111>螺旋位错BCC金属。虽然这种方法保证了系统的状态（镜像）沿最小能量路径均匀分布，但并不意味着位错位置沿最小能量路径均匀分布，实际上，位错位置在势能极小点附近会聚集，从而导致Peierls势垒斜率和Peierls应力的高估.我们提出了一种修改，其中NEB方法仅适用于少量的自由度，确定位错的位置，而所有其他坐标的原子放松分子静力学在任何原子的研究。这种改进的NEB方法与弛豫给出的Peierls势垒，增加顺利与位错位置和相应的Peierls应力同意以及通过直接应用程序的位错滑移的原子模型中的应力评估。
2011-11-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Characterization and visualization of grain boundary disconnections
我们介绍了一种方法来可视化沿晶界位错在原子水平。它使用原子级的奈张量，代表位错密度。为了计算晶界处的Nye张量，我们将Hartley-Mishin应变梯度计算扩展到位移移位完全晶格。我们表明，该方法是有效的，在可视化断开和晶界相结的位错含量的体心立方钨，以及面心立方铜。此外，我们使用的方法来表征的二维晶界相核的对称倾斜晶界在钨的形态。该方法既适用于体位错，也适用于晶界断开，是研究体位错与晶界的相互作用和反应以及晶界断开的理想方法。
2022-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Plastic yielding and deformation bursts in the presence of disorder from coherent precipitates
通常将金属与其他元素合金化以提高材料的强度或硬度。一个关键的微观机制是沉淀硬化，沉淀物阻碍位错运动，但在确定集体位错动力学的性质，这些障碍的作用仍有待理解。在这里，FCC单晶的三维离散位错动力学模拟进行完全相干的球形沉淀物从零沉淀物密度高达$ρ_p = 10^{21}\,\text{m}^{-3}$和在各种位错沉淀物相互作用强度。当位错-沉淀物相互作用不起主要作用时，屈服定性为纯晶体，即，以“位错堵塞”为主，导致玻璃态位错动力学在任何应力值下都表现出临界特征。我们证明，增加沉淀物密度和/或位错沉淀物的相互作用强度创建一个真正的屈服或位错组件脱钉过渡，临界屈服应力。这在准静态地增加外部应力时观察到的位错雪崩的统计中是清楚可见的，并且也表现在系统对恒定施加应力的响应中。根据培根-科克斯-斯卡特古德关系讨论了析出物屈服的标度。
2020-07-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Mobility of dislocations in semiconductors
利用有效介质紧束缚理论对硅中90 $^0$部分滑移位错的动力学进行了原子尺度的计算。扭结的形成和迁移的重建部分位错的能量进行了比较与实验结果的这种位错的流动性。结果证实了部分通过形成稳定扭结而在解离状态下移动的理论。讨论了半导体系统中滑移激活能与带隙的关系。
1996-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Fragile dislocation modes in obstructed atomic topological phases
本研究提出脆弱拓扑位错模式概念，并在二维 SSH 模型的受阻原子拓扑相中揭示其受手性与 C$_{4v}$ 对称性保护的有限能区及稳定性。
2024-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crystal Dislocations as Atomic Scale Ratchets
Stanford University（斯坦福大学）
通过分子动力学模拟发现，面心立方镍中具有原子尺度割阶的位错在反向应力下表现出非对称迁移率，源于原子位移矢量与二阶张量本征应变的非常规耦合，挑战了经典塑性变形描述，为缺陷工程增强抗疲劳性开辟新途径。
2026-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing the transition from dislocation jamming to pinning by machine learning
位错的集体运动受它们所遇到的障碍物的支配。在纯晶体中，位错形成复杂的结构，因为它们被各向异性的剪切应力场堵塞。另一方面，向晶体引入无序会导致位错钉扎到这些阻碍元素上，从而导致位错-位错和位错-无序相互作用之间的竞争。先前的研究表明，取决于主要的相互作用，机械响应和晶体产量的变化方式。在这里，我们采用三维离散位错动力学模拟与不同密度的完全相干的沉淀物，研究这种相变$-$从堵塞钉扎$-$使用无监督机器学习。通过构建描述符表征不断变化的位错配置在恒定加载过程中，一个混乱的算法被证明是能够区分成两个单独的阶段的系统。这些阶段同意与所观察到的变化，在加载过程中的松弛速率。我们的研究结果也给出了在这两个阶段的位错网络的结构的见解。
2020-09-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Effect of edge dislocations on structural and electric properties of 4H-SiC
本文通过第一性原理计算，研究了4H-SiC中刃型位错的结构与电学性质，发现位错核引起局部结构畸变、产生带隙中间能级并显著降低静电势垒。
2015-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Electromagnetic, atomic-structure and chemistry changes induced by Ca-doping of low-angle $YBa_2Cu_3O_{7-δ}$ grain boundaries
实用的高温超导体必须进行纹理化，以最大限度地减少取向不良晶界处临界电流密度$J_{gb}$的降低。在$YBa_2Cu_3O_{7-δ}$中用Ca部分取代Y，显示出对$J_{gb}$的显著改善，但其机制仍不清楚。在这里，我们报告原子尺度，结构和分析电子显微镜结合$7^{\circ}$ $[001]$ -倾斜$Y_{0.7}Ca_{0.3}Ba_2Cu_3O_{7-δ}$和$YBa_2Cu_3O_{7-δ}$晶界，位错核心分离的运输测量。我们发现，增强的载流子密度，更高的$J_{gb}$和较弱的超导性抑郁症在Ca掺杂的边界的结果从一个强大的，非单调的Ca偏析和结构重排的规模约为1 nm附近的位错核心。我们提出了一个模型的形成$Ca^{2+}$溶质气氛中的应变和电场的晶界，并表明，钙掺杂扩展的位错核心还提高了$J_{gb}$通过改善筛选和局部空穴浓度。
2005-05-23 cond-mat.mtrl-sci
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
Simulated TEM imaging of a heavily irradiated metal
本文通过将Howie-Whelan方程改写为仅依赖原子位置，实现了对重辐照金属复杂缺陷构型的快速模拟TEM成像，并揭示高剂量下白点损伤主要源于位错线弯曲段周围的纳米尺度应变涨落。
2024-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature vacancy emission from the jog on edge dislocation in FCC nickel under glide force
该研究通过分子动力学模拟发现，300 K下刃位错割阶在高应力时会非保守攀移并间歇发射空位，揭示室温塑性中点缺陷与位错作用的重要性。
2025-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Inversion of Dislocation-Impurity Interactions in $α$-Fe under Magnetic State Changes
本文利用第一性原理计算研究 α-Fe 中 1/2⟨111⟩ 螺位错与多种 3d 杂质的相互作用，揭示磁态和热膨胀可显著改变甚至反转该作用。
2025-05-15 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
Precipitation strengthening as a collective multi-dislocation phenomenon
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
通过大规模原子模拟，发现沉淀强化源于多错位同时相互作用，超越传统切割-弯曲二分法，建立新机制框架。
2026-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation Glides in Granular Media
Osaka University（大阪大学）；Nagoya University（名古屋大学）
通过离散元方法模拟含刃型位错的颗粒晶体，发现低颗粒间摩擦时位错滑移发生，导致屈服应力显著降低，且屈服应力与颗粒间摩擦呈线性关系，归因于Peierls应力和摩擦效应。
2024-10-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Atomic-Precision Fabrication of Quasi-Full-Space Grain Boundaries in Two-Dimensional Hexagonal Boron Nitride
精确控制和深入理解界面对于具有所需性能的面向功能的材料设计至关重要。在此，通过修改长期存在的双晶策略，我们提出了一种新的双晶方法，以原子精度建立二维（2D）材料之间的界面。这种方法使我们能够，第一次，在实验上实现准全参数空间晶界（GB）的二维六方氮化硼（h-BN）。它进一步帮助我们解开关于h-BN中GB登记的长期争议和困惑，包括i）区分应变和化学能对GB登记的相对贡献; ii）识别新的位错核心-弗兰克部分位错和四个新的反相边界;和iii）确认普遍的GB刻面。我们的工作提供了一个新的范式，利用界面的结构-性能相关的二维材料。
2019-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Implantation and atomic scale investigation of self-interstitials in graphene
晶体缺陷在决定晶体材料的性能方面起着关键作用。新型二维材料，最重要的是石墨烯，已经能够对缺陷进行原子分辨的研究，例如空位，晶界，位错和外来原子取代。然而，到目前为止，还没有在任何三维材料中报道植入自发光体的原子分辨率成像，也没有在任何二维材料中报道。在这里，我们使用标准的碳涂布机以约1 eV的软着陆能量将额外的碳沉积到单层石墨烯中。我们确定了所有的自间隙二聚体结构的理论预测较早，采用80千伏像差校正的高分辨率透射电子显微镜。我们证明了积累成更大的聚集体和位错偶极子，我们预测有很强的局部曲率的原子模型，并积极有利的配置相比，孤立的间隙二聚体。我们的研究结果有助于对晶体缺陷的基本知识，并通过将晶体推入亚稳态过饱和状态来设计石墨烯的性质。
2015-01-16 cond-mat.mtrl-sci
First principles interatomic potential for tungsten based on Gaussian process regression
原子相互作用的精确描述，如由第一原理量子力学提供的描述，是现实预测金属塑性、断裂或裂纹扩展特性的基础。然而，与明确基于量子力学的现代方案相关联的计算复杂性限制了它们的应用至多几百个原子的系统。本论文研究了Gaussian Approximation Potential（GAP）方法在钨原子模型中的应用。钨是一种体心立方过渡金属，具有脆韧转变，其塑性行为受$\frac{1}{2} \langle 111 \rangle$螺型位错的性质控制。我们应用高斯过程回归法，从原子组态空间中的一组点插值得到量子力学（QM）势能面。我们的训练数据是基于直接使用密度泛函理论（DFT）计算的QM信息。为了进行拟合，我们使用一组旋转，置换和反射不变参数来表示原子环境，这些参数在我们的非参数，非线性回归方程中充当自变量。我们开发了一个协议，用于生成GAP模型能够描述金属中的晶格缺陷，通过建立一系列的钨原子间势。然后，我们证明了一个基于原子位置的平滑重叠（SOAP）的协方差函数的间隙电位提供了一个描述的$\frac{1}{2} \langle 111 \rangle$螺钉位错，这是在协议与DFT模型。我们使用这种潜力来模拟的$\frac{1}{2} \langle 111 \rangle$螺旋位错的移动性，通过计算Peierls势垒和模型位错-空位相互作用，以QM精度在一个系统中包含超过100，000个原子…
2014-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen clustering in bcc metals: atomic origin and strong stress anisotropy
氢（H）在金属中引起的损伤一直是许多工业应用的长期难题。这种损伤的一种形式与H簇有关，其原子来源仍然存在争议，特别是对于非氢化物形成金属。本文采用第一性原理计算、原子论和蒙特卡罗模拟相结合的方法，系统地研究了体心立方金属W、Fe、Mo和Cr中H的团簇行为。H集群已被证明是积极有利的，并可以强烈地促进各向异性应力场，占主导地位的拉伸分量沿一个<001>结晶方向。我们发现，应力效应可以很好地预测的连续模型的基础上H形成体积张量，和H集群是可能的边缘位错，证明了nanohydride形成在相当低水平的H浓度。此外，应力效应的各向异性很好地反映在位错周围的纳米氢化物形态中，纳米氢化物生长以使一种张力最大化的薄片状结构的形式发生<001>。特别是，<001>类型的刃位错，与<001>拉伸分量最大化，已被证明是非常有效的促进H聚集，从而预计将发挥重要作用，在体心立方金属中的H集群，在最近的实验观察密切一致。这项工作明确和定量地阐明了应力对H能量和H聚集行为的影响的各向异性性质，为理解H引起的金属损伤提供了关键的机理见解。
2020-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Defect stability in phase-field crystal models: Stacking faults and partial dislocations
控制缺陷的稳定性相场晶体（PFC）模型的主要因素进行检查，与说明性的例子涉及几个现有的模型的变化。指导方针是建立模型与稳定的缺陷结构，保持高的数值效率。一般框架结合了长程弹性场和原子级核心结构的基本特征，在扩散时间尺度上具有可操作的缺陷动力学。所产生的缺陷物理学的基本要素的特点为面心立方晶体的情况下。堆垛层错和分裂肖克莱部分位错稳定的PFC形式主义内的第一次，和相关的缺陷结构的各种性能的特点。这些包括完全刃位错和螺位错的解离宽度，外加应力对解离的影响，滑动的Peierls应变，以及滑动对的动力学收缩。我们的研究结果在一般情况下，比较有利的连续弹性理论和实验结果。
2012-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Growth and Properties of Dislocated Two-dimensional Layered Materials
二维层状位错材料近年来引起了人们的广泛关注。特别地，螺旋位错可以导致层状材料中的螺旋拓扑结构和层间扭曲，显著影响层的堆叠顺序和对称性。此外，具有大应变和严重畸变的原子配准的位错可以导致位错周围结构的局部修改。因此，位错提供了一个有用的途径，工程的光学，电学，热学，机械和催化性能的二维层状材料，这显示出巨大的潜力，带来新的功能。本文综述了位错二维层状材料的生长和性能的实验和理论研究进展。最后，对这一领域的未来工作进行了展望。
2020-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Stochastic Peierls-Nabarro Model for Dislocations in High Entropy Alloys
高熵合金（HEAs）是由多种元素以近似相等的比例组成的随机固溶体组成的单相晶体。这类新型材料表现出极好的机械性能，例如高强度与其他所需特征的结合。晶体材料的强度与位错的运动有关。在本文中，我们推导出一个随机连续模型的基础上的Peierls-Nabarro框架层间位错的双层HEA从原子模型，结合了原子级的随机性。利用渐近分析和极限定理证明了从原子模型到连续模型的收敛性。连续介质模型中的总能量由两层中的随机弹性能量和解释层间非线性相互作用的随机错配能量组成。所得到的连续模型可以被认为是一个随机推广的经典，确定性Peierls-Nabarro模型的位错核心和相关属性。该推导还验证了Zhang等人（Acta Mater. 166，424-434，2019）。
2020-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Thermally-activated Non-Schmid Glide of Screw Dislocations in W using Atomistically-informed Kinetic Monte Carlo Simulations
热激活$\small{\nicefrac{1}{2}}<111>$螺位错运动是体心立方（bcc）晶体中低温下的控制塑性机制。运动通过原子大小的扭结对的成核和传播进行，这些扭结对易于使用分子动力学（MD）进行研究。然而，MD的自然不能正确地采样热激活过程，以及捕获$\{110\}$螺钉位错滑移呼吁能够克服这些限制的其他方法的发展。在这里，我们开发了一个动力学Monte Carlo（kMC）方法来研究单螺位错动力学从室温到$0.5T_m$和在应力$0<σ<0.9σ_P$，其中$T_m$和$σ_P$是熔点和Peierls应力。该方法是完全参数化的原子模拟使用嵌入式原子势钨。为了增加我们的模拟的物理保真度，我们计算偏离施密德定律规定的原子间势，我们研究单位错动力学使用这两个投影。我们计算位错速度作为应力，温度和位错线长度的函数。我们发现，考虑非施密德效应有很强的影响的幅度的速度和轨迹的位错。最后，我们将所有的计算数据压缩成有效应力和温度相关的迁移率，以用于更均匀的数值方法。
2014-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Dynamics and Patterning of Screw Dislocations in Two Dimensions
为了了解位错如何在金属变形过程中形成有序结构，我们对二维螺旋位错的动力学和图案进行了计算机模拟研究。使用一个理想化的原子模型与反平面位移进行模拟，我们表明，该系统是一个模拟的二维XY转子模型。模拟研究表明，在恒定的剪切应变速率下，位错流自发地合并形成由宽的无位错区隔开的窄的富位错通道，从而使施加的应变局部化为滑移带。我们认为，这种斑图形成表示与XY模型相分离成有序和无序相，并推测热力学力驱动应变局部化。
2001-02-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Stiffening of nanoporous Au as a result of dislocation density increase upon characteristic length reduction
结构是纳米多孔金属最显著的特征。圆形形状的错综复杂的迷宫，韧带和毛孔彼此无序地运行，不亚于它赋予的属性，通过尺寸效应进行调整，在块状形式中没有对应物。无可争议的是，纳米多孔金一直是研究领域的绝对主角，揭示了纳米多孔金属在从催化到能源和传感等领域的破坏潜力。在这里，我们仍然专注于纳米多孔金，解决纳米多孔金属机械性能的长期问题。特别是，我们研究如何杨氏模量的变化与韧带的大小，孔隙率相同。基于从实验断层扫描证据开始产生的原子复制品，原子模拟显示，纳米多孔金变硬的韧带变得更细，再现通过纳米压痕脱合金样品获得的实验结果。排除了表面应力的影响，理论上的考虑与硬化位错密度的增加。
2021-11-24 cond-mat.mtrl-sci
"Cold Melting" of Invar Alloys
在因瓦合金中，异常强的体积磁致伸缩可能导致在低温下位错自由能变为负值并且多代位错成为可能的情况。该生成引起从FCC结晶到非晶态的一级相变，并且可以被称为“冷熔融”。在因瓦合金中冷熔化的可能性与这样一个事实有关，即与传统的铁磁体相比，因瓦合金中的位错自能的交换能贡献强烈增强，这是由于非常强的体积磁致伸缩。可以观察到这种效应的可能的候选者是FePt无序因瓦合金，其中体积磁致伸缩特别大。
2000-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of occupational and displacive disorder using the atomic pair distribution function: a systematic investigation
许多无序晶体材料表现出化学短程有序和邻近原子的弛豫。局部结构信息可以通过分析原子对分布函数（PDF）来获得。反向蒙特卡罗（RMC）模拟的可行性，以提取定量信息的化学排序以及位移进行了研究。该方法已被应用到模拟PDF的无序结构，显示单独的化学无序，以及结合位移。
2000-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Comprehensive structural changes in nanoscale-deformed silicon modelled with an integrated atomic potential
尽管在新材料领域取得了显著的发展，硅仍然是当今最重要的半导体之一。硅的纳米力学行为，包括相变、非晶化和位错生成，特别是在分子动力学和材料研究的背景下，与科学和技术具有持久的相关性。到目前为止，在纳米级的变形过程中，在硅中的事件的整个周期的全面建模是不可能的，但是，由于现有的原子间势固有的局限性。本文探讨如何以及一个非传统的组合，两个著名的潜力-Tersoff和Stillinger-Weber -可以执行模拟的复杂性。我们的模型表明，硅（Si-I）的不可逆变形是通过向非金刚石结构（Si-nd）的转变而开始的，随后是向Si-II和Si-XII'相的转变（Si-I->Si-nd->Si-II-> Si-XII'）。这导致产生从孕育区向外扩散的位错。实际上，我们的模拟与变形材料中实验检测到的每一个结构变化都是平行的。这包括相变和位错活动的顺序，两者结合在一起，Tersoff和Stillinger-Weber，或者实际上任何其他可用的Si原子间势，都不能单独实现。我们试图通过将其应用于锗来进一步验证我们合并原子势的方法，并发现它同样可以很好地预测锗从液态到非晶态的转变。
2022-08-08 cond-mat.mtrl-sci
