Atomistic origin of stress overshoots and serrations in a CuZr metallic glass
在这项工作中，我们使用分子动力学模拟研究的应力过冲的金属玻璃Cu $_{50}$ Zr $_{50}$在三种情况下（卸载-重新加载，滑动-停止-滑动，和应力锯齿）与剪切带松弛。我们发现，弹性恢复效应后，剪切带中的原子体积在压缩松弛过程中几乎没有变化，但在拉伸松弛过程中减少，而本地五重对称性增加一致的情况下。我们建议，原子机制相关的应力过冲是由于结构对称性的松弛，而不是自由体积，在剪切带。卸载时，传播的剪切带在停止之前持续一段时间，这导致应力下冲，并可能导致材料在循环弹性载荷下的疲劳。由于模拟的应变率非常高，我们没有通过分子动力学模拟直接观察到应力锯齿。虽然非热准静态模拟产生锯齿状的流动应力，我们注意到，这种锯齿状的结果从全球雪崩的剪切事件，而不是松弛的剪切带。
2019-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Developing atomistic glass models using potential-free Monte Carlo method: From simple to complex structures
我们在这里提出了一种方法来生成随机网络无定形结构，只使用现成的短程性能，如键长，键角和连接的成分。该方法是Monte-Carlo（MC）方法的变体，其中无定形网络的基本组成部分即刚性多面体单元随机连接，遵守一定的空间约束。该算法的目的是再现普遍观察到的眼镜中的中程秩序。该方法有点类似于反向MC（RMC）方法，其中原子在盒子内的随机移动取决于它是否减少或增加与实验观察到的特征的偏差而被接受或拒绝。然而，与RMC不同的是，该方法不需要大量的散射数据实验集，在大多数情况下，这是先验的，不适用于眼镜。它相当依赖于MC方法的随机性来产生玻璃结构。该算法首先通过与其他方法和实验数据的比较，对SiO2玻璃结构进行了验证。然后，该方法被扩展为开发更复杂的铁磷酸盐玻璃（IPG）的结构和现有的IPG模型的比较，使用淬火从熔体计划在经典的分子动力学（MD）中实施的揭示，该方法是可扩展的复杂的玻璃也。本研究解决了在用分子动力学或密度泛函理论（DFT）模拟玻璃时经常被忽视的问题，即不能得到正确的起始结构。
2021-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic insights into the mixed-alkali effect in phosphosilicate glasses
近年来，通过组成设计来定制生物活性玻璃的性质已经成为它们在医学应用中的广泛兴趣的主题，例如，组织再生了解氧化物玻璃中的混合碱效应（MAE）对于定制玻璃组合物以控制离子的迁移率以及因此取决于它的玻璃性质（例如离子释放、玻璃化转变温度和离子电导率）具有根本重要性。然而，大多数以前设计的生物活性玻璃是基于试错法，这是由于复杂的玻璃结构，这是不平凡的分析，因此，缺乏一个清晰的图片的玻璃结构在短期和中期秩序。因此，我们使用分子动力学模拟来研究使用MAE是否可以控制45 S5玻璃的生物活性和性质及其结构起源。我们发现，网络连接性，一个结构参数，通常用于访问硅酸盐玻璃的生物活性，不改变与锂或钾钠取代。相反，弹性模量表现出强烈的依赖于改性剂的类型，因为它们随着平均场强的增加而增加。类似地，玻璃元素的流动性受到用于取代Na的改性剂的类型的显著影响。的性质的变化进行了进一步讨论，并解释使用的变化在短期和中期的结构，给出以前的实验结果的证据。最后，我们强调的起源不存在的MAE，改性剂对玻璃的生物活性的影响，在预测氧化物玻璃的生物活性的动力学描述符的重要性，我们提供了必要的见解，在原子尺度上，需要进一步发展的生物活性玻璃。
2022-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Local motifs in GeS$_2$-Ga$_2$S$_3$ glasses
用Raman散射、高能X射线衍射和扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）研究了（GeS $_2$）$_{0.75}$（Ga $_2$ S $_3$）$_{0.25}$和（GeS $_2$）$_{0.83}$（Ga $_2$ S $_3$）$_{0.17}$玻璃Ga和Ge K边的结构.采用反向蒙特卡罗模拟技术（RMC）获得了与衍射和EXAFS数据相兼容的结构模型。发现Ga的配位数接近4。虽然Ge原子只有S邻居，Ga结合到S以及Ga原子，显示在GeS $_2$ -Ga $_2$ S $_3$玻璃中的化学有序的破坏。[GeS $_{4/2}$ ]单元之间的角和边共享的分析表明，约30%的锗原子参与边共享四面体。
2016-04-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Modelling of Thermal-Cycling Rejuvenation in Metallic Glasses
金属玻璃在环境温度和低温温度之间的循环可以在更快冷却时诱导玻璃形成的高能态特征。这种再生是出乎意料的，因为它发生在小的宏观应变和远低于热致结构变化的温度，是重要的，例如，在改善塑性。分子动力学模拟阐明了热循环可以诱导弛豫（达到较低的能量）以及再生的机制。经过数十个循环的热循环驱动局部原子重排，逐渐擦除初始玻璃结构。这主要来自于每个热循环中的加热阶段，与金属玻璃中固有的结构异质性有关。虽然，特别是，在MD模拟的时间尺度比在物理实验中短，本模拟再现许多物理观察到的效果，这表明它们可能是有用的，在优化热循环调整金属玻璃和玻璃的性能一般。
2020-12-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Liquid-liquid phase transition in an atomistic model glass former
玻璃化转变是由潜在的奇点引起的还是纯粹的动力学现象是一个重要的悬而未决的问题。研究原子玻璃形成，我们介绍了一种采样方法来访问对应的动态制度的温度通常很难达到与计算机模拟。我们在比热中发现了一个峰值，我们将其解释为态密度的下降。我们进一步提出了一个液-液过渡到一个国家丰富的本地有利的结构有关最近发现的动态相变的证据。
2017-09-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
An atomistic view of grain boundary diffusion
本文介绍了最近的计算机模拟晶界（GB）扩散的扩散机制的原子理解为重点的概述。在低温下，当GB结构是有序的，扩散是介导的点缺陷诱导集体跳跃的几个原子形成一个链。在高温下，当GB结构变得高度无序时，扩散过程可以通过早先为过冷液体和玻璃开发的统计方法来分析。以前的原子模拟在文献中报道，以及在本文中提出的新的模拟揭示了在GB和过冷液体的扩散机制之间的密切相似性。高温下的GB扩散由原子团（簇）的集体位移主导，其中许多原子团具有类似于弦的一维几何形状。在这一领域的最新进展，激发未来的原子模拟扩展到合金GB中的扩散，特别是在玻璃形成系统。
2019-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Si solute on the glass formation and atomic structure of Pd liquid
采用分子动力学模拟研究了Si溶质对Pd液相玻璃形成和晶化的影响。采用$10^{13}$ K/s冷却速率的淬火工艺制备的纯Pd样品可以处于非晶态，但结构分析表明样品中几乎没有玻璃形成基序。而少量掺硅（Si浓度~ 4%）的样品可以在$10^{12}$ K/s的冷却速率下玻璃化。在玻璃态样品中，Pd中心的Z13、Si中心的Z9-like和Mixed-ICO-Cube团簇是主要的短程有序结构。随着Si掺杂浓度的增加，这些玻璃形成基序趋于聚集并相互连接形成网络结构。计算结果表明，Si在液态Pd中的固溶能显著提高非晶形成能力。
2018-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous formation of thermodynamically stable Al--Cu--Fe icosahedral quasicrystal from realistic atomistic simulations
在Al-Cu-Fe合金的模拟中，二十面体准晶从熔体中自发形成.基于密度泛函理论（DFT）衍生的能量和力的数据库，我们使用调谐到特定合金系统的振荡对势来模拟原子间的相互作用。精细的原子间分离与重叠的二十面体图案的几何形状对齐，以在长度尺度的层次结构上创建面心二十面体顺序。分子动力学模拟，辅以蒙特卡罗步骤交换化学物种，有效地采样的配置空间，我们的模型，达到9846个原子。交换独立轨迹的温度（副本交换）使我们能够在低温下实现热平衡。通过优化结构和组成，我们创建的结构，其DFT能量达到$\sim$ 2 meV/原子的竞争晶相的能量。通过添加由于谐波和非谐波振动，化学取代无序，相位子和电子激发的贡献获得的自由能，表明准晶在600 K以上的温度下变得稳定，对抗竞争相。平均结构可以简洁地描述为六维空间中的原子表面的切割，其揭示了优选化学占据的特定模式。混合化学占领的原子表面区域展示了相子波动的扩散，这可以在真实空间中通过大规模二十面体图案的形成、溶解和重组来观察--由于平均无序和随之而来的关于占据相关性的信息丢失，这幅图被隐藏在衍射细化中。
2019-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic insights into the structural, thermal, and mechanical evolution of $Zr_{47.5}Cu_{47.5}Ag_{5}$ bulk metallic glass
Instituto Sabato, UNSAM, CNEA（萨巴托研究所，阿根廷国家原子能委员会）；Departamento de Materia Condensada, CNEA（凝聚态物质部门，阿根廷国家原子能委员会）；Department of Mathematical Sciences, UTEP（数学科学系，埃尔帕索大学）
通过大规模分子动力学模拟，研究了三元 $Zr_{47.5}Cu_{47.5}Ag_{5}$ 块体金属玻璃的结构、热学和力学性能，发现Ag掺杂诱导的化学异质性和二十面体团簇的坍塌分别稳定了非晶基体并导致了宏观应变软化。
2026-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Inverse approach to atomistic modeling: Applications to a-Si:H and g-GeSe2
我们讨论了一个反的方法为原子模型的玻璃材料。重点是氢化非晶硅和玻璃态GeSe 2合金的结构建模和电子性质。这项工作是基于一种新的方法“实验约束分子弛豫（ECMR）”。不同于传统的方法（如分子动力学（MD）和蒙特卡罗模拟（MC），其中指定的潜在功能和系统的发展无论是确定性（MD）或随机（MC），我们开发了一种新的计划，使用实验数据与密度泛函计算模型的结构配置。我们已经应用这种方法来模拟氢化非晶硅和玻璃态GeSe 2。这些模型的电子和结构性质进行了比较，从传统的分子动力学模拟的实验数据和模型。
2008-01-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Atomistic structural mechanism for the glass transition: Entropic contribution
一个流行的亚当-吉布斯方案表明，玻璃和液体超过晶体的过剩熵占主导地位的动态逮捕在玻璃化转变与独家贡献的构型熵超过振动熵。然而，仍然缺乏一个直观的结构理论来解释与熵有关的冻结动力学的出现。在这里，我们研究这些问题，通过原子模拟的振动，构型，以及总熵的模型玻璃形成超过他们的结晶对应物的整个温度范围内，从玻璃到液体。除了确认亚当-吉布斯熵的情况下，香农信息熵的概念被引入到表征的原子级结构的多样性，经历了一个惊人的变化，整个玻璃化转变，并解释了变化中发现的过剩构型熵。因此，隐藏的结构机制下的熵扭结在过渡揭示了扩散的某些原子结构具有较高程度的中心对称性，这是更刚性，具有较少的非仿射软化模式。反过来，这些中心对称（刚性）结构的扩散导致冻结的动力学超过进一步的结构重排变得非常不利，从而解释了扭结的组态熵在过渡。
2020-01-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Constrained dynamics of localized excitations causes a non-equilibrium phase transition in an atomistic model of glass formers
动力学促进理论假设短程动力学约束是过冷液体的本质特征，并从动力学约束模型的研究中得出许多结论。虽然看似简单，但这些模型预测了在许多结构弛豫时间内与其初始状态保持高度重叠的轨迹的存在。我们使用分子动力学模拟结合在轨迹空间中的重要性采样，通过计数长寿命粒子位移来测试这一预测。对于观察时间长于结构弛豫时间的指数尾出现在这个数字的概率分布。向低迁移率重新加权轨迹对应于到非活性相的相变。虽然这两个阶段的动态有很大的不同，但结构措施只显示出轻微的差异。我们讨论了动态序参量的选择，并对有效动态约束的微观起源给出了一种可能的解释。
2012-02-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Structural and Chemical Orders in Ni64.5Zr35.5 Metallic Glass by Molecular Dynamics Simulation
采用分子动力学（MD）模拟方法研究了Ni 64.5 Zr 35.5金属玻璃的原子结构。室温下MD玻璃样品的计算结构因子与X射线衍射（XRD）和中子衍射（ND）实验数据吻合良好。利用两两簇排列和团簇分析方法，我们发现Ni 64.5Zr 35.5玻璃样品中Ni原子周围存在三种主要的短程有序（SRO）模体，混合二十面体（ICO）立方体，Twined-Cube和二十面体类集群。此外，化学有序和中程有序（MRO）分析表明，混合ICO立方体和Twined-Cube团簇表现出晶体B2相的特征。我们的模拟结果表明，Ni64.5Zr35.5的弱玻璃形成能力（GFA）可以归因于形成ICO SRO和晶体Mixed-ICO-Cube和Twined-Cube图案之间的竞争的玻璃形成。
2018-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic modeling of heat treatment processes for tuning the mechanical properties of disordered solids
利用分子动力学模拟研究了单次热处理循环对金属玻璃势能态和力学性能的影响。我们考虑三维二元混合物，它最初以计算上缓慢的速度在远低于玻璃化转变的温度下从液态冷却到固相。发现加热和冷却的循环可以将玻璃重新定位到复原或松弛状态，这取决于最高温度和加载时间。因此，在最高温度略低于玻璃化转变温度且有效冷却速率慢于初始退火速率的循环之后获得最低势能。相反，当最高温度变得大于玻璃化转变温度并且加载时间足够小时，复原程度增加。结果进一步表明，势能的变化与弹性模量和屈服应力作为最高加载温度的函数的依赖性成反比。此外，热处理过程引起小原子径向分布函数形状的细微变化。这些结果对于优化具有预定性能的金属玻璃的热加工和机械加工具有重要意义。
2019-01-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Numerical investigation of the equilibrium Kauzmann transition in a two-dimensional atomistic glass
Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (LIPhy), Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学跨学科物理实验室）；Laboratoire de Physique de l’Ecole Normale Supérieure, ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université de Paris（巴黎高等师范学院物理实验室，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心，索邦大学，巴黎大学）；Gulliver, CNRS UMR 7083, ESPCI Paris, PSL Research University（ESPCI巴黎学院古利弗实验室，法国国家科学研究中心联合研究单位7083，巴黎文理研究大学）
本研究结合三种先进Monte Carlo方法突破时间尺度限制，首次通过模拟证实二维原子玻璃中存在平衡Kauzmann转变，为研究玻璃态本质奠定基础。
2026-11-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Identification of structural motifs as tunneling two-level systems in amorphous alumina at low temperatures
描述非晶材料在低于1K的温度下的异常热行为的最被接受的模型之一依赖于形成两能级系统（TLS）的两个几乎相等的势能阱之间的原子的量子力学隧穿。TLS的间接证据广泛存在。然而，这些TLS的原子结构仍然是无定形材料物理学中未解决的课题。在这里，使用经典的分子动力学，我们发现了几个迄今为止未知的结构图案，可能是关键的理解在低温下的非晶氧化铝的异常热性能。我们通过自由能分布表明，复杂的势能面可以减少到典型的TLS。预测的隧道分裂从瞬子理论，数密度，偶极矩，和耦合到外部应变的发现图案是与实验一致的。
2014-11-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Nanoscratching of metallic glasses -- An atomistic study
材料的摩擦学性能在工程应用中起着重要的作用。到目前为止，许多实验研究已经确定了摩擦学参数和机械响应之间的相关性。采用分子动力学模拟方法，研究了Cu $_{64.5}$ Zr $_{35.5}$非晶合金的纳米划痕磨损行为。法向力和横向力以及硬度值的演变遵循结晶基材的公知行为。特别是，正面堆积的产生削弱了材料对划痕尖端的响应，并导致横向硬度与正常硬度相比降低。然而，金属玻璃随着温度的升高而软化，特别是在玻璃化转变温度以上，因此显示出更高的结构松弛所施加应力的趋势。这种塑性响应进行了分析，重点对局部区域的原子进行了强冯-米塞斯应变，因为这些是剪切转换区和剪切带的基础。由这些原子占据的体积随温度而增加，但仅在玻璃化转变温度以上观察到大的增加。我们用塑性效率的概念来量化塑性的产生，它将试样内部塑性体积的产生与外部损伤的形成，即划痕槽的形成联系起来。与纳米压痕相比，纳米划痕过程中塑料体积的产生速率与温度显著相关，使得玻璃内部在较低温度下更耐损伤，但在升高的温度下更易受损伤。
2019-08-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Emergent structural length scales in a model binary glass --- the micro-second molecular dynamics time-scale regime
现在可以在微秒的时间尺度上进行常规的原子模拟。在目前的工作中，我们利用这一模型二进制Lennard-Jones玻璃研究结构弛豫的时间跨度高达80微秒。结果发现，在这些较长的时间尺度，显着的流动性和松弛发生，表现出可重复的松弛轨迹对一类渐近结构状态是强烈的异质性。这些结构进行了讨论，在理想的玻璃状态和生产路线走向新的无定形结晶纳米复合材料的微结构，具有较强的界面稳定性。
2019-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Origin of Annealing Embrittlement in Metallic Glasses
退火脆化的原子理解是金属玻璃的一个长期问题，由于原子模型和实验室制备的样品之间的热历史之间存在不可逾越的差距，仍然缺乏。在这里，基于热循环退火方法，可以改变超过十个数量级的有效淬火速率，我们进行了原子的研究，在三元模型金属玻璃的韧脆转变，这可以键控块体金属玻璃的退火脆化。我们发现，热退火可以有效地消除热激活的“缺陷”，这是丰富的超淬火和韧性的玻璃，但引起应变产生的剪切事件，以及退火和脆性玻璃。虽然应变产生事件的激活最终导致单个剪切带，但在应力反转时，其他局部结构破坏可以通过相同类型的事件“愈合”，从而阻碍剪切带加宽或倍增，并导致退火脆化。
2022-08-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Crystalline 'Genes' in Metallic Liquids
使用高效的遗传算法（GA）的基本结构顺序，超越液体，玻璃和结晶状态。遗传算法确定了最常见的积极有利的包装图案在晶体结构接近合金的Al-10原子%。Sm组成。这些图案依次比较，在实际的液体结构中观察到的包装图案，使用集群对齐方法，揭示了平均拓扑结构。传统的描述的短程秩序，如Voronoi镶嵌，是过于严格的分析时，描述的化学和拓扑有序过渡期间从过冷金属液体的结晶相或玻璃的构型多型。我们的方法为描述凝聚态物理中的介观有序-无序转变带来了新的见解。
2014-08-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Determination of Glass Transition Temperature of Polyimides from Atomistic Molecular Dynamics Simulations and Machine-Learning Algorithms
玻璃化转变温度（$T_{\text{g}}$）在控制聚合物的机械和热性能方面起重要作用。聚酰亚胺是一类重要的聚合物，由于其优异的耐热性和机械强度而具有广泛的应用。因此，高度期望预测聚酰亚胺$a~priori$的$T_{\text{g}}$的能力，以加快具有目标性质和应用的新聚酰亚胺聚合物的设计和发现。在这里，我们探索了三种不同的方法来计算$T_{\text{g}}$的聚酰亚胺通过全原子分子动力学（MD）模拟或预测$T_{\text{g}}$通过使用机器学习算法分析现有的数据从文献中生成的数学模型。我们的模拟表明，可以通过检查简单气体分子在聚酰亚胺中的扩散系数作为温度的函数来确定$T_{\text{g}}$，并且结果与从聚合物密度与温度的数据中得出的结果相当，并且实际上更接近可用的实验数据。此外，用机器学习算法导出的$T_{\text{g}}$的预测模型可用于在约20度的不确定度内成功地估计$T_{\text{g}}$，即使对于尚未实验合成的聚酰亚胺也是如此。
2020-01-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
Experiment-driven atomistic materials modeling: A case study combining X-ray photoelectron spectroscopy and machine learning potentials to infer the structure of oxygen-rich amorphous carbon
提出结合机器学习与实验可观测量的通用方法，通过巨正则Monte Carlo生成符合XPS实验数据且能量有利的a-CO$_{x}$结构，实现了具有高度真实性的实验驱动原子级材料建模。
2024-05-20 cond-mat.mtrl-sci
A data-centric framework for crystal structure identification in atomistic simulations using machine learning
在大尺度下进行的原子级模拟使得能够以原子-原子分辨率调查中尺度材料性质。这种跨尺度模拟的空间复杂性使得它们不适合简单的人类视觉检查。相反，需要专门的结构表征技术来帮助解释。从历史上看，这些都是具有挑战性的建设，需要显着的直觉和努力。在这里，我们提出了一个基本的结构表征任务的替代框架：根据它们所属的晶体结构对原子进行分类。我们的方法是以数据为中心的，并且倾向于使用机器学习而不是启发式分类规则。一组数据科学工具和简单的局部描述符的原子结构一起使用一个有效的合成训练集。我们还介绍了第一个标准和公开可用的基准数据集的晶体结构分类算法的评估。它表明，我们的数据为中心的框架优于所有最流行的启发式方法-特别是在高温时，晶格是最扭曲的-同时引入了一个系统的路线泛化到新的晶体结构。此外，通过使用离群值检测算法，我们的方法能够在无定形原子基序（即，非晶相）和未知的晶体结构，使其特别适合探索性材料合成模拟。
2022-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Large-scale atomistic study of plasticity in amorphous gallium oxide with a machine-learning potential
本研究利用机器学习原子间势开展大规模原子模拟，揭示了非晶Ga2O3在玻璃化转变和力学行为上的特性，发现其具有高塑性且比非晶氧化铝更能抵抗剪切带形成。
2024-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Predicting the location of shear band initiation in a metallic glass
我们报告原子模拟结果表明，剪切带的位置在金属玻璃（MG）可以确定具有相当高的精度，仅从未变形的静态结构。观察到模拟MG中剪切带起始的位置与基于我们最近的工作中设计的深度学习模型先验识别的应力驱动剪切转化的肥沃位点密度（DFS）的初始分布之间的相关性[Fan和Ma，Nat.Commun. 12，1506（2021）]。此外，我们证明，人们可以判断是否玻璃是脆性或韧性仅根据其初始DFS分布。这些验证，剪切带在MG产生的非线性不稳定性，以及淬火玻璃结构包含影响这些不稳定性的不均匀性。这项工作还揭示了一个重要的微妙之处，关于非热准静态剪切模拟的非确定性。
2022-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Rejuvenation engineering in metallic glasses by complementary stress and structure modulation
残余应力工程在新型先进轻质材料的设计中应用非常广泛。对于金属玻璃，注意力一直集中在结构变化和再生过程上。高能扫描X射线衍射应变映射揭示了金属玻璃在三轴压缩下变形后的大的弹性波动。显微压痕硬度映射暗示了压缩后的硬化-软化竞争机制，并进一步揭示了应力和结构调制的互补效应。透射电子显微镜证明，室温变形下的结构调制与剪切带的形成密切相关的弹性不均匀性的分布。分子动力学模拟提供了一个原子的理解复杂的剪切带活动在缺口金属玻璃和相关的波动的应变/应力的不均匀性。因此，未来的重点应给予应力工程和弹性的不均匀性，连同结构调制可能允许设计具有增强的延展性和应变硬化能力的金属玻璃。
2022-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic mechanisms of dynamics in a two-dimensional dodecagonal quasicrystal
本研究通过分子动力学模拟二维十二角准晶，发现其动力学呈现异质性、非阿伦尼乌斯弛豫及两阶段弛豫，且更接近金属玻璃形成液体而非晶体。
2025-05-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dynamics, Structure and Glass Formation of Calcium Aluminate Liquids
结晶铝酸钙包括在上个世纪开发的波特兰水泥的凝固中必不可少的相。然而，只是在最近几十年里，铝酸钙熔体和玻璃才开始引起人们的注意，在光子和电子应用中带来了新的功能。然而，这些研究仅限于接近深共晶的成分，玻璃很容易从那里形成。随着非接触式悬浮炉的发展，玻璃成型区域现在可以大大扩展。我们已经利用这些发展，合理化，第一次，熔体流变学与结构特性在这个扩大的组成范围，证实这与原子模拟。在这个过程中，我们发现过冷铝酸钙包括一个新的系统，其中脆弱的强相变是普遍存在的。采取这种整体的方法，我们已经量化的共同基础的热物理和结构的多样性，在这种新的玻璃形成系统，连同其固有的多晶性。
2017-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Inverse design of glass structure with deep graph neural networks
直接操纵原子结构以实现特定性质是材料领域的长期追求。然而，受到无序的、非原型的玻璃结构以及结构与性能之间复杂相互作用的阻碍，这种逆向设计对于玻璃来说是令人生畏的困难。在这里，结合两个前沿技术，图神经网络和交换蒙特卡罗，我们开发了一个数据驱动的，面向属性的逆向设计路线，设法以可控的方式提高铜锆金属玻璃的塑性阻力。Swap Monte Carlo作为“采样器”有效地探索了玻璃景观，而图形神经网络在预测塑性阻力方面具有很高的回归精度，作为“决策器”来指导配置空间中的搜索。通过一种非常规的强化机制，一种几何上超稳定但能量上亚稳定的状态被解开，与通常认为的能量越高，塑性阻力越低相反。这表明了一个巨大的配置空间，可以很容易地被传统的原子模拟忽略。数据驱动技术、结构搜索方法和优化算法整合形成一个工具箱，为玻璃材料的设计铺平了新的道路。
2021-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Characterizing MRO in atomistic models of vitreous SiO$_2$ generated using ab-initio molecular dynamics
本研究针对AIMD熔融淬火构建的小规模玻璃态SiO₂原子模型的中程有序（MRO）研究不足的问题，构建了对应模型并对比结构特性，分析电子特性发现不同缺陷的态密度贡献，还研究了三类空位缺陷对带隙的影响。
2023-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Turing Pattern Engineering Enables Kinetically Ultrastable yet Ductile Metallic Glasses
Beijing Computational Science Research Center（北京计算科学研究中心）；Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences（中国科学院宁波材料技术与工程研究所）；State Key Laboratory of Advanced Marine Materials, Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences（中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进海洋材料国家重点实验室）；College of Materials & Environmental Engineering, Hangzhou Dianzi University（杭州电子科技大学材料与环境工程学院）；State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室）；School of Engineering Science, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学工程科学学院）
通过图灵模式工程，金属玻璃实现了动力学超稳定性与延展性的结合，提高了玻璃转变起始温度并保持断裂韧性。
2025-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Ultrastable Metallic Glass Nanoparticles with Size-Dependent Mechanical Properties
金属玻璃的原子结构与强度和延展性等性能密切相关。在这里，两种不同尺寸的Ni 1-xBx金属玻璃纳米颗粒在准流体静力高压条件下压缩，以了解应力下的结构变化。使用原位高压X射线衍射（XRD）跟踪纳米颗粒的结构变化。由XRD产生的环境压力对分布函数表明，较小尺寸的纳米颗粒具有更紧密的非晶结构，配位数更低。XRD表明，非晶结构是稳定的，达到最大压力。发现较小和较大尺寸的纳米颗粒的体积模量分别为208 GPa和178 GPa。这种尺寸依赖的高压行为与纳米颗粒之间的组成差异有关。这些结果表明，Ni 1-xBx金属玻璃纳米颗粒在压力下是高度稳定的，这使得它们能够用作金属或陶瓷基复合材料中的夹杂物。
2022-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Revealing the Atomic Structure of Silicate Glasses by Force-Enhanced Atomic Refinement
虽然实验可以提供玻璃原子结构的一些指纹（配位数、对分布函数等），通常需要原子模拟来直接访问结构本身（即，原子的位置）。一方面，分子动力学（MD）模拟可用于通过淬火液体产生-但MD模拟仍然受到极高冷却速率的困扰。另一方面，反向蒙特卡罗（RMC）建模绕过熔融淬火路线-但RMC往往产生非独特的玻璃结构。在这里，我们采用力增强原子细化（FEAR）的方法来克服这些限制和破译的硅酸钠玻璃的原子结构。我们表明，FEAR提供了一个前所未有的硅酸钠的原子结构的描述。FEAR产生的玻璃结构同时表现出（i）与实验中子衍射数据的一致性增强和（ii）与MD或RMC产生的那些相比具有更高的能量稳定性。这一结果使我们对钠硅酸盐玻璃的原子结构有了新的认识。具体来说，我们表明钠硅酸盐玻璃表现出比之前MD模拟所建议的更有序的中程有序结构。这些结果为提高精确描述玻璃原子结构的能力铺平了道路。
2019-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Micro-plasticity in a fragile model binary glass
在名义上的弹性制度的原子变形模拟进行的模型二元玻璃的应变速率低至$10^{4}$ /秒（对应于0.01剪切应变每1 $μ$秒）。一个强大的弹性显示，表现出只有轻微的弹性软化，尽管相当不同程度的结构松弛发生在四个数量级的应变率考虑。对原子尺度结构的仔细检查表明，对于两种类型的局部原子环境，材料响应明显不同。一个系统跨越iscosahedral协调子结构响应纯弹性，而其余的子结构也承认微塑性演化。这导致了非均匀的内部应力分布，在卸载时，导致负蠕变和完全残余应变恢复。局部应力，原子位移和SU（2）局部键拓扑结构方面的详细结构分析表明，这种微观过程可以导致局部应力的大变化，更有可能发生在具有较高自由体积和较软弹性刚度的几何挫折区域。这些见解揭示了原子光的结构起源，可能会支配最近的实验观察显着的结构演化响应弹性加载协议。
2020-11-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
How Thermal Annealing Process Determines the Inherent Structure Evolution in Amorphous Silicon: An Investigation from Atomistic Time Scales to Experimental Time Scales
先进制造工艺中的退火处理，例如，激光辅助制造决定了玻璃的最终状态，这对玻璃的热、电和机械性能至关重要。基于势能面的能垒分析提供了一种有效的方法来研究退火过程中内在结构的微观演变，在一个加宽的时间尺度范围内，即，从原子时间尺度（~ ps）到实验时间尺度（~ s）。发现激活能势垒在势能面上的分布可分为三个区域：1.当退火速率Rdot <1 e15 K/s时，激活能势垒的分布主要服从瑞利分布; 2.两种不同的模式，当退火速率为1 e15 K/s < Rdot < instant时，谱图呈现指数衰减模式和瑞利分布模式; 3.当系统处于瞬时退火过程时，谱图几乎遵循指数衰减模式。然而，弛豫能垒的谱仅显示出衰减参数递减的指数衰减模式。提出了一种适用于任何特定退火速率的多时间尺度模型，该模型超出了传统原子模拟的限制，分子动力学模拟，然后提出了基于分布的能量障碍。这样的模型能够定量解释和预测的热释放过程中的纳米量热测量或激光辅助制造。
2021-01-26 cond-mat.mtrl-sci
On the Boroxol Ring Fraction in Melt-Quenched B$_2$O$_3$ Glass
Jawaharlal Nehru Centre for Advanced Scientific Research（贾瓦哈拉尔·尼赫鲁高级科学研究中心）
本文通过开发精确的机器学习势能函数，利用低淬火速率模拟得到高硼氧环分数的B₂O₃玻璃，并发现几何描述符范围对压力和环分数有关键影响。
2025-12-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Modeling Short-Range and Three-Membered Ring Structures in Lithium Borosilicate Glasses using Machine Learning Potential
锂硼硅酸盐（LBS）玻璃是一种典型的锂离子导电氧化物玻璃，可用于全固态黄油。然而，由于计算成本和再现玻璃微结构的不准确性，使用$ab$ $initio$（AIMD）和经典分子动力学（CMD）模拟的LBS玻璃的原子建模分别具有关键的限制。为了克服这些困难，在这项工作中研究了机器学习潜力（MLP），用于使用DeepMD建模LBS眼镜。通过这种MLP获得的玻璃结构具有四配位硼（$^4$ B）与实验数据和丰富的三元环的确认。与用功能力场构建的模型相比，尽管两个模型都包含了合理的$^4$ B，但模型在能量上更稳定。结果证实MLP优于含硼玻璃的建模，并解决了AIMD和CMD的固有缺点。本研究还讨论了MLP建模眼镜的一些局限性。
2022-11-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Molecular augmented dynamics: Generating experimentally consistent atomistic structures by design
Aalto University（阿尔托大学）
本文提出分子增强动力学（MAD），通过改进分子动力学与机器学习原子间势，生成同时匹配多种实验可观测值且低能的无序材料原子结构。
2026-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Structure-dynamics relationships in cryogenically deformed bulk metallic glass
在玻璃材料老化和再生过程中发生的原子机制涉及非常小的结构重排，这是非常难以通过实验捕获的。在这里，我们使用原位X射线衍射研究在退火过程中的结构重排从77 K到结晶温度在Cu 44 Zr 44 Al 8Hf 2Co 2大块金属玻璃再生高压扭转在低温和室温下进行。利用X射线对关联函数计算的组态熵，揭示了大块金属玻璃中形变诱导再生的结构足迹。有了同步辐射，温度和时间分辨率可以与量热实验相媲美。这开启了迄今为止不可用的实验可能性，允许明确地将原子构型和结构的变化与量热观察到的信号相关联，并且可以将这些信号归因于玻璃材料中的动态和振动弛豫（α-，β-和γ-转变）的变化。结果表明，β相变的结构足迹与熵弛豫有关，具有一级相变的特征.动态力学分析数据表明，在β转变范围内，不可逆的结构重排优先被激活。低温γ相变主要触发可逆变形，并显示熵足迹的斜率变化，表明二级特征。
2022-01-11 cond-mat.mtrl-sci
A fast transferable method for predicting the glass transition temperature of polymers from chemical structure
提出一种结合基团加和与定量结构-性质关系的快速可迁移方法，仅用两个分子描述符即可准确预测聚合物的玻璃化转变温度，解决了传统GAP方法的局限。
2024-11-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Iron phosphate glass structure at different length scale with emphasis on the medium range: a classical molecular dynamic study
本研究通过混合蒙特卡洛与分子动力学方法构建铁磷酸盐玻璃原子模型，验证其短程与中程有序，并利用逆拟合关联各环尺寸对结构因子的贡献，揭示第一尖锐衍射峰的物理起源。
2024-10-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Self-induced spin glass state in elemental and crystalline neodymium
自旋玻璃是物质的一种高度复杂的磁性状态，与自旋挫折和结构无序有着错综复杂的联系。它们没有表现出长程序，并散发出老化现象，这使它们与量子自旋液体不同。我们报道了一种新型的自旋玻璃态，自旋-Q玻璃，可在块状结晶金属钕厚膜中观察到。利用自旋极化扫描隧道显微镜结合从头计算和原子自旋动力学模拟，我们可视化的原子尺度的非共线秩序的变化及其对磁场和温度的响应。我们量化了老化现象，将玻璃质与晶体对称性和能量景观联系起来。这一结果不仅解决了长期以来关于钕磁性的争论，而且表明玻璃化可能出现在其他缺乏外在无序的磁性固体中。
2020-05-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Experimentally Constrained Molecular Relaxation: The Case of Glassy GeSe2
无序材料的理想原子模型不应与实验相矛盾，并且还应与精确的力场（{ \it ab initio}或经验）相一致。我们取得了显着的进展，共同满足{ \it都}这些标准，使用混合逆向蒙特卡罗方法结合近似第一原理分子动力学。我们通过研究复杂的二元玻璃材料g-GeSe $_2$来说明该方法。通过对模型进行约束，使其与部分结构因子相一致，并利用{ \it ab initio}模拟，得到了一个与实验非常吻合的647原子模型，其中包含了静态结构因子中的第一个尖锐衍射峰。计算了电子态密度，并与光电子能谱学进行了比较。该方法具有通用性和灵活性。
2004-12-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Spin-glass behavior in single crystals of hetero-metallic magnetic warwickites $MgFeBO_4$, $Mg_{0.5}Co_{0.5}FeBO_4$, and $CoFeBO_4$
介绍了异金属瓦立克石$MgFeBO_4$、$Mg_{0.5}Co_{0.5}FeBO_4$和$CoFeBO_4$的磁性能，着重讨论了Co取代对这些化合物磁性能的影响。磁化强度和热容数据的分析表明，这些化合物表现出自旋玻璃转变低于$T_{SG}$ =10，20和22 K，分别。用零场交流磁化率作为纠缠见证，发现在$T_{SG}$以上的低维磁行为在$T_E$ = 130 K时表现出$χ(T)\varpropto T^{-α(T)}$量子纠缠行为.推导出$α$参数随温度和Co的变化关系，表明在该温度范围内存在随机单重相。高于$T_E$的顺磁性被解释为非纠缠自旋引起居里-外斯顺磁性。在一个简单的间接耦合模型中计算了不同的带内和带间交换相互作用途径。这是确定的三角图案的warwickite结构，连同竞争的相互作用，诱导挫折。的自旋玻璃字符解释在两个可用的晶体位置的Mg，Fe和Co原子的替代无序，和挫折引起的竞争相互作用。Co的替代引起沿b轴的单轴各向异性，增加了绝对磁化强度，并提高了自旋玻璃的冻结温度。的纠缠行为是支持在中间相，而不管引入各向异性的Co替代。
2015-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Revealing the Void-Size Distribution of Silica Glass using Persistent Homology
Federal Institute of Materials Research and Testing（联邦材料研究与测试研究所）；Sultan Moulay Slimane University of Beni Mellal（贝尼梅拉勒苏丹穆莱·斯莱曼大学）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
本文利用持续同调分析二氧化硅玻璃的介观结构，揭示其空洞大小分布，为理解玻璃结构提供了新视角。
2025-07-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Observation of Al41Sm5: new evidence for structural hierarchy in Al-Sm alloys
使用一个有效的遗传算法，我们发现了一个亚稳Al 41 Sm 5相，补充其家庭共享类似的短程订单的结构。非晶Al-9.7at.%钐薄带，采用熔纺法生产。动态相选择讨论相对于短程包装图案在非晶前体和那些观察到的选定的阶段之间的结构连接。这里阐明的阶段是几个新发现的大单位细胞阶段，发现从玻璃在这个二元系统中的反玻璃化过程中形成，进一步说明了我们的方法的功率和效率，结构层次的重要作用相选择，和丰富的亚稳相景观可从玻璃结构。
2017-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Structure and Pore Size Distribution in Nanoporous Carbon
本文采用原子机器学习（ML）驱动的分子动力学（MD）模拟方法研究了纳米多孔碳材料的结构和力学性能。为此，我们通过重新计算Deringer和Csányi的a-C结构数据库[Phys. Rev. B 2017，95，094203]添加范德华相互作用，重新训练碳的ML高斯近似势（GAP）。我们的GAP实现了显著的加速，并提高了能量和力预测的准确性。我们使用GAP来深入研究计算NP碳样品中的原子结构和孔径分布。这些样品通过熔融-石墨化-淬火MD程序在宽范围的密度（从0.5至1.7 g/cm $^3$）上产生，具有包含131，072个原子的结构。我们的结果是在良好的协议与可用的观测数据的实验数据，并提供了一个全面的帐户的结构（径向和角分布函数，图案和环计数，X射线衍射图案，孔表征）和机械（弹性模量及其随密度的演变）性能。我们的研究结果表明，相对较窄的孔径分布，其中的峰值位置和宽度的分布是由材料的质量密度。我们的数据允许NP碳材料的计算表征的进一步工作，特别是用于储能应用，以及建议NP碳基材料的未来实验表征。
2021-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Linking Topological Medium Range Order and Density-Wave Coherence to Metallic Glass Ductility
The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；University of Michigan（密歇根大学）；Federal Institute of Materials Research and Testing（联邦材料研究与测试研究所）；Seoul National University（首尔国立大学）；Denison University（丹尼森大学）；Korea Basic Science Institute（韩国基础科学研究所）
本研究结合同步辐射G(r)与4D-STEM，发现几何和拓扑中程有序共同决定Zr基金属玻璃的延展性，其中Zr含量增加通过抑制FCC类有序并促进HCP类有序来提升延展性。
2026-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Five-fold Symmetry in Au-Si Metallic Glass
第一个金属玻璃Au-Si合金的发现已经有半个多世纪了，但其原子结构至今仍是个谜。本文揭示了Au-Si金属玻璃中具有局域五重对称性的Au 8 Si十二面体是结构单元，Au 8 Si十二面体的互连方式决定了其中程有序性.降维后，表面有序化归因于Au 8 Si十二面体向五重对称平面Au5 Si金字塔的模体转化，Au5 Si金字塔的自组装导致形成能量最低的有序Au 2Si单层.此外，还进行了结构相似性分析，揭示了不同维度结构特征的物理根源。Au-Si的无定形是由于全局极小点附近的平滑能量景观，而有序的表面结构是由于陡峭的能量景观。
2022-05-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Disentangling interatomic repulsion and anharmonicity in the viscosity and fragility of glasses
在玻璃化转变的推挤模型中，弛豫时间和粘度与局部笼刚度有关。这种方法可以扩展到原子水平的原子间相互作用，或潜在的平均力。我们将这种方法应用于真实的金属玻璃形成者和模型Lennard-Jones玻璃。该分析的主要结果是，在金属玻璃中，热膨胀贡献主要与组成无关，并且与原子间排斥无关：因此，脆性随着原子间排斥陡度的增加而增加。在Lennard-Jones玻璃中，情况正好相反：热膨胀和原子间的排斥作用是强相关的，并且随着排斥陡度的增加，脆性降低。这个框架允许人们区分“软原子制造坚固玻璃”的系统和“软原子制造脆弱玻璃”的系统。因此，它开辟了一条道路，为理性的，原子式的调整的脆弱性和粘度的广泛不同的玻璃形成材料的所有方式从强大到脆弱。
2017-03-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.soft
Local magnetic structure in fully and partially ordered V$_2$$X$Al Heusler alloys ($X$=Cr, Mn, Fe, Co, Ni)
University of Science and Technology Beijing（北京科技大学）；State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials, University of Science and Technology Beijing（北京科技大学先进金属与材料国家重点实验室）
本研究通过密度泛函理论和原子蒙特卡罗模拟，提出磁模概念以解释V₂XAl Heusler合金的磁序和相变行为。
2026-01-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Microscopic mechanism of structural and volume relaxation below glass transition temperature in a soda-lime silicate glass revealed by Raman spectroscopy and its first principle calculations
该研究通过拉曼光谱与第一性原理计算，揭示钠钙硅酸盐玻璃在Tg以下退火时，环变形与Na位移是体积弛豫的微观起源。
2023-10-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Timescale bridging in atomistic simulations of epoxy polymer mechanics using non-affine deformation theory
本文利用非仿射晶格动力学框架研究交联环氧体系在宽频率范围内的粘弹性响应，成功桥接模拟与实验之间超过6个数量级的时间尺度差距，并揭示非仿射位移和内应力对低频模量的关键影响。
2024-06-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
