Prediction of a wide variety of linear complexions in face centered cubic alloys
线性络合物是最近在体心立方铁基合金中发现的沿位错分布的缺陷态。在这项工作中，我们使用原子模拟来扩展这一概念，并探索面心立方合金中位错处的分离驱动的结构转变。我们确定了各种稳定的，纳米尺度的结构和化学状态，这是有限的位错附近，可以被归类为线性络合物。根据合金系统和热力学条件，这些新状态可以保留、部分修改或完全取代它们产生的原始缺陷。通过考虑不同的温度和组成，我们构建了类似于体相图的线性肤色图，定义了肤色形成的重要条件，同时还指定了预期的肤色大小和类型。这里预测了几种值得注意的新肤色类型：（1）在Ni-Fe、Ni-Al和Al-Zr中由L12相组成的纳米颗粒阵列，（2）在Cu-Zr中用由来自Cu 5 Zr金属间相的（111）平面组成的层状络合物替代堆垛层错，（3）在Al-Cu中由二维Guinier-Preston区组成的片状阵列，（4）Al-Cu-Zr三元合金中同时存在Guinier-Preston区和L12相的多个线性配合物。所有这些新的复合态都有望改变材料特性，影响位错本身的稳定性，为未来的材料设计提供独特的机会。
2019-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Stress field modification near linear complexions increases the effective obstacle size and strengthening effect
Hopkins Extreme Materials Institute, Johns Hopkins University（霍普金斯极端材料研究所，约翰斯·霍普金斯大学）；Materials Department, University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校材料系）；Department of Materials Science and Engineering, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学材料科学与工程系）
研究通过分子动力学模拟揭示线性复相区的塑性机制，发现其显著增强材料强度，且邻近区域的应力场修改能限制位错运动，揭示位错与复相区取向关系对强化效应的关键影响。
2026-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary complexions and the strength of nanocrystalline metals: Dislocation emission and propagation
已经观察到晶界络合物影响纳米晶金属的机械行为，提高强度和延展性。虽然存在改善延展性的解释，但观察到的对强度的影响仍然无法解释。在这项工作中，我们使用原子模拟探索有序和无序的两个变形机制，这是必不可少的纳米晶塑性，即位错发射和传播的影响。Cu-Zr中的有序和无序晶界复合体都具有过剩自由体积的特征，并通过降低临界发射应力来促进位错发射。或者，这些络合物的特征在于强位错钉扎区域，其增加位错传播所需的流动应力。这种钉扎区域是由在晶粒-络合物界面处的凸缘和溶质原子引起的，并且可能取决于络合物状态以及基质和溶质元素之间的原子尺寸失配。在我们的位错传播模拟中观察到的趋势与现有的实验数据一致，表明位错传播是纳米晶Cu-Zr合金塑性背后的限速机制。
2018-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced strain rate sensitivity due to platelet linear complexions in Al-Cu
本文通过原子模拟研究Al-Cu中片晶线性复合结构，发现位错需先攀移才能滑移，导致其强度应变速率敏感性比经典析出强化机制高最多五倍。
2025-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Complexions at the Iron-Magnetite Interface
本研究利用STEM-DPC成像和DFT计算，在Fe/Fe3O4界面识别出双层界面稳定相，发现其使界面粘附力增加20%并改变电荷转移，突显了缺陷处可调相状态在材料设计中的潜力。
2025-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Twin-Boundary Structural Phase Transitions in Elemental Titanium
晶体材料中的孪晶在许多转变和变形过程中起着重要作用，其中相关孪晶界（TB）的结构、能量和动力学性质可以强烈地影响潜在机制。虽然这些性质在常见情况下得到很好的表征，但是TB可以显示具有不同性质的多种络合物以及它们之间的相变的可能性尚未被广泛探索，即使这种现象在一些更一般的晶界中建立。我们报告的实验结果表明，{11-24} TB在钛显示厚的界面区域与晶体结构不同的散装。第一性原理计算确定，该复合物与钛的亚稳多晶型相关联，并且表现出与压缩应变下的固态润湿转变和张力下的一级结构转变一致的行为。这些发现证明了元素金属中丰富的TB络合行为，对机械行为和相变途径具有重要意义。
2021-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation Activities at the Martensite Phase Transformation Interface in Metastable Austenitic Stainless Steel: An In-situ TEM Study
了解马氏体相变的机理对于开发先进的高强度钢，特别是相变诱发塑性（TRIP）钢具有重要意义。TRIP效应导致增强的加工硬化速率、延迟的颈缩开始和优异的成形性。利用原位透射电子显微镜系统地研究了位错与α马氏体之间的微观动态相互作用。局部应力集中，例如来自缺口或位错堆积，使自由边缘和晶界成为α马氏体的有利成核位置。它的增长导致部分位错发射两个独立的滑移面从异质界面时，奥氏体基体最初是免费的位错。运动学分析表明，激活两个独立的奥氏体{111}面上的滑移系是必要的，以适应界面失配应变。在含有高密度位错的奥氏体区域内通常观察到全位错发射。在这两种情况下，相边界传播产生大量进入基体的位错，这使得总变形相容并提供主相的显著应变硬化。这些移动的位错源使塑性松弛，并防止局部损伤积累的界面区域的软侧上的强烈滑移。因此，细分散的马氏体分布使得整个奥氏体基体的塑性形变更加均匀，这解释了TRIP钢的强度和延展性的优异组合。
2016-12-25 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
Dislocation pipe diffusion and solute segregation during the growth of metastable GeSn
控制气相生长动力学一直是一种强大的范例，可以实现各种亚稳态外延半导体，例如含锡的IV族半导体（Si）GeSn。除了对新兴的光子和光电应用的重要性外，这类材料也是一个丰富的平台，可以突出应变非平衡合金生长过程中动力学和热力学驱动力之间的相互作用。事实上，这些合金固有的应变和过饱和的锡，因此可以遭受不稳定性，仍有待充分阐明。在这种情况下，在这项工作中的Ge0.82Sn0.18的原子尺度的微观结构进行了研究，在开始的相分离的外延生长中止。除了Sn在表面上的预期积累导致富Sn液滴和表面下区域具有1.0at.%的预期平衡Sn组成之外，Sn原子的扩散也产生了明显的Sn修饰纤维，其Sn含量在~1 ~ 11 at.%范围内不均匀.后者是由于位错的形成和传播，促进锡输运向表面通过管道扩散。此外，Sn液滴和GeSn之间的界面显示出明显的缺陷层，Sn含量为~ 22 at.%。该层可能是由排出的过剩平衡Ge的Sn凝固，其内容似乎是应变最小化之间的结果tetraphylocene Sn丰富和立方Ge丰富的平衡相。这些现象的阐明是至关重要的，以了解GeSn半导体的稳定性和控制其外延生长在一个均匀的组合物。
2020-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Phase field dislocation dynamics formulation coupled with Fourier based micromechanics solver and its application to grain boundary-dislocation interactions
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本文提出一种结合微力学求解器和傅里叶方法的相场位错动力学公式，用于研究晶界-位错相互作用并验证其与分子动力学模拟的一致性。
2026-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Undissociated screw dislocations in silicon: calculations of core structure and energy
利用经典势和第一性原理计算研究了硅中完美螺旋位错的稳定性。虽然最近的一项研究小泉等人。指出稳定的螺位错位于{111}面的“滑移”和“洗牌”两组中，结果表明，这一结果取决于所用的经典势，最稳定的位形只属于一个六边形中心的“洗牌”组。我们还研究了稳定性的sp2杂交的核心的位错，获得一个亚稳配置中的“滑移”集。核心结构的特点是在几个方面，与三维结构的描述，微分位移图和衍生物的失准。
2007-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Theory of transformation-mediated twinning
面心立方（fcc）材料中高密度和纳米尺寸的形变孪晶可以有效地提高材料的强度和塑性的配合。然而，微观位错机制，使高孪生仍然难以捉摸。孪晶通常通过孪晶部分位错在连续的密排原子平面上的连续形核和滑动而发生。在这里，我们揭示了一个完全不同的孪生机制是活跃在亚稳态面心立方材料。相变介导孪晶（transformation-mediated twinning，TMT）的特征是先发生从fcc相到密排六方相（hcp）相的位移相变，再发生从密排六方相到fcc孪晶的第二步相变。中间hcp相的形核是由热力学不稳定性和亚稳fcc相的负层错能驱动的。中间hcp结构的特点是Shockley部分位错在基面上容易滑移，变形时同时产生fcc和fcc孪晶板，产生更多的孪晶晶界，进一步提高孪晶的繁荣度。所公开的对亚稳合金中变形孪晶的复杂位错机制的基本理解为设计具有优异机械性能的新型材料铺平了道路。
2021-05-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Grain Boundary Phase Transitions Enable Diffusionless Climb of Disconnections
University of Illinois（伊利诺伊大学）；University of Miami（迈阿密大学）
该研究通过双晶几何学与分子动力学模拟，发现铝中晶界相变可实现位错的无扩散保守攀移，建立了晶格位错与晶界演化的直接耦合，揭示了新型位错攀移机制。
2026-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Energetic Origins of Competing Deformation Modes in Metastable Titanium Alloys
本研究通过分子动力学模拟揭示亚稳态钛合金中变形模式竞争由相变自由能垒和错配应变能决定，为合金设计提供物理基础。
2025-10-15 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
Modeling the Thermal Stability of the $α/ω$ Microstructure in Shocked Zr: Coupling between defect state and phase transformation
在高压下，Zr经历从其环境平衡六方密堆积$α$相到简单六方$ω$相的转变。随后卸载到环境条件不会完全逆转到$α$相，而是保留显著的$ω$。先前，$ω$相的热稳定性是通过在443、463、483和503 K下冲击至8和10.5 GPa的Zr样品的等温退火的原位同步加速器X射线衍射分析来研究的。定量跟踪相体积分数，半定量跟踪位错密度。趋势包括从$ω\toα$的快速初始（瞬时）转化率，随后是平稳状态，达到新的亚稳态，保留较少的$ω$（渐近）。在开始认真的反向转变之前，观察到$ω$相中位错密度的显著降低，从而导致$ω\toα$转变被$ω$相中的缺陷阻碍的假设。作为这项工作的延续，我们提出了一个温度依赖的模型，耦合去除位错的$ω$相和逆变换通过势垒能量，这是与剩余的位错的自由能。在$ω$相中位错的减少作为滑移和攀移控制过程的总和而发生，这两者分别决定了退火过程的瞬态和渐近行为。
2018-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Structures and energies of computed silicon (001) small angle mixed grain boundaries as a function of three macroscopic characters
该研究通过原子模拟探究硅（001）小角度混合晶界在三类宏观特征下的结构-性能关联，拟合修正的Read-Shockley关系，揭示结构转变规律与形成机制，结果获理论与实验验证。
2023-05-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Growth and characterization of planar hexagonal Ge on CdS
Politecnico di Milano（米兰理工大学）；Università di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR)（意大利国家研究委员会）
研究六方IV族半导体在平面异质结构中稳定的挑战，通过低能等离子体增强化学气相沉积在CdS衬底上生长平面六方锗，研究生长温度作用，揭示其晶体结构、缺陷机制等，确立CdS为稳定模板并提供应变弛豫见解。
2026-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Additively manufacturable high-strength aluminum alloys with thermally stable microstructures enabled by hybrid machine learning-based design
本研究针对增材制造铝合金高强度与热稳定性难以兼顾的问题，结合CALPHAD-ICME与贝叶斯优化的混合机器学习方法逆向设计合金成分，制备出兼具高强度、抗开裂性与高温稳定性的可增材制造铝合金。
2025-01-19 cond-mat.mtrl-sci
