Degenerate transition pathways for screw dislocations: implications for migration
在体心立方（bcc）金属迁移1/2<111>螺旋位错经历一个周期性的能量景观与三角形对称。原子模拟，如使用轻推弹性带（NEB）方法进行的模拟，通常预测具有双峰的过渡途径能垒;与Ab Initio的发现相矛盾。检查NEB预测的粒子在Peierls能量景观中的轨迹代表了螺旋位错，揭示了一个非物理的异常所造成的猴子鞍在景观中的发生。有和没有应力的螺钉运动的影响进行了讨论。
2013-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Screw dislocation in zirconium: An ab initio study
锆的塑性由<1-210>在六方密排结构的棱柱面中滑动的1/3螺旋位错控制。对于一组给定的过渡金属如锆，观察到这种棱柱而不是基底滑移，并且已知其与d带中的价电子数有关。我们采用基于密度泛函理论的从头计算方法研究了锆中螺型位错的核心结构。发现位错在棱镜面内解离成两个部分位错，每个位错都具有纯螺旋特征。从头计算也表明，在基面的解离是不稳定的。然后计算了螺位错在棱柱面内滑移时的Peierls势垒，得到了一个小势垒。由该势垒推导出的Peierls应力小于21 MPa，与实验结果吻合较好。经验势依赖于嵌入原子方法（EAM）的能力，在锆中的位错模型也测试对这些从头计算。
2012-10-03 cond-mat.mtrl-sci
The effect of Hydrogen atom on the Screw Dislocation Mobility in BCC Iron: A First-Principles Study
利用第一性原理计算研究了氢对体心立方（bcc）铁中螺位错运动的影响，结果表明，在一定的温度范围内，螺位错运动速度会增加.通过对有限尺寸效应的仔细估计，计算了不同氢位置和位错组态下螺位错与氢原子的相互作用能，并估算了氢原子与稳定螺位错组态的最强结合能为$256\pm32$ meV.这些结果被纳入一个线张力模型的弯曲位错线阐明氢的位错迁移过程中的效果。氢的软化和硬化效应，所造成的扭结形核焓和扭结捕获，分别进行了评估。预测了在较低的临界温度下软化和硬化行为之间的明显转变，这与实验观察定性一致。
2013-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Nanomechanics of a screw dislocation in a functionally graded material using the theory of gradient elasticity
这篇短文的目的是在梯度弹性理论的范围内为功能梯度材料中的螺型位错提供一些新的结果。基于位移公式和傅立叶变换技术的这些结果扩展了早期的发现（Lazar，M.，2007.关于功能梯度材料中的螺位错，Mech.Res.Comm.34，305-311），将应力函数法得到的结果推广到第二梯度弹性的情况。得到了位移、应变和应力的严格而又易于使用的解析表达式，这些表达式在位错线处没有奇异性。
2010-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure study of screw dislocation core energetics in Aluminum and core energetics informed forces in a dislocation aggregate
本文采用实空间无轨道密度泛函理论研究了铝中孤立螺型位错的核心能量和核心结构。使用一个直接的能量为基础的方法，我们估计的核心尺寸的一个完美的螺旋位错$\approx$ 7 $|{\bf b}|$，这是相当大的比以前的估计$1-3~|{\bf b}|$的位移场的基础上。结构弛豫后的完美螺旋分解成两个Shockley分波，从螺旋和边缘分量微分位移图测量的分波分离距离分别为8.2 π ~和6.6 π ~。与以前刃型位错的电子结构研究相似，我们发现弛豫螺型位错的核心能量强烈依赖于宏观形变。接下来，我们使用刃型和螺型位错的核心能量数据与物理上合理的假设，开发一个连续体能量模型的位错聚集。此外，我们使用这个模型在一个离散的位错网络，并从网络的节点位置的核心能量的变化，我们得到的节点核心力，可以直接纳入离散位错动力学框架。根据节点核心力的衰减特性，我们将节点核心力分为三种不同的贡献。其中两个贡献的核心力，都产生于核心能量依赖于宏观变形，不占目前使用的离散位错动力学模型，假设核心能量是一个常数。使用涉及简单的位错结构的情况下，我们表明，从核心能量依赖于宏观变形的核心力的贡献可以是显着的弹性Peach-Koehler力相比，甚至高达位错结构之间的距离$10-15$ nm。
2017-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Ab Initio Study of Screw Dislocations in Mo and Ta: A new picture of plasticity in bcc transition metals
我们首次报道了<111>体心立方过渡金属Mo和Ta中螺位错核的从头计算密度泛函研究。我们的研究结果提出了一个新的图片的体心立方塑性对称和紧凑的位错核心，相反，目前接受的图片的基础上连续和原子间的潜力。在这个新的图片的核心能量尺度是在更好地符合Peierls能量障碍位错运动的实验建议。
1999-12-12 cond-mat.mtrl-sci
First order pyramidal slip of 1/3 <1-210> screw dislocations in zirconium
基于经验原子间相互作用势和从头计算的原子模拟方法，研究了<1-210>六方密排锆中1/3螺位错的锥滑移。广义层错计算揭示了一个亚稳态层错在一级金字塔{10-11}平面，这对应于一个基本的金字塔孪晶。这种故障是在起源的亚稳态配置的螺旋位错在锆，这自发出现时，位错在锥面滑动。
2014-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Which stresses affect the glide of screw dislocations in bcc metals?
在分子静力学计算中，通过直接应用应力，我们确定了影响体心立方钨中1/2螺旋位错滑移的应力分量<111>。这些结果表明，静水应力和平行于位错线的正应力对位错滑移不起作用。因此，位错的Peierls应力不能像Koester A，Ma A，Hartmaier A. Acta Mater 2012; 60：3894，而是它们的组合在垂直于位错线的平面中引起等双轴拉伸-压缩（并因此剪切）。1/2螺旋位错的Peierls应力<111>则仅取决于平行于Burgers矢量的剪应力所施加的平面的取向以及垂直于滑移方向的剪应力的大小和取向。
2013-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Mechanistic Transition from Screw to Edge Dislocation Glide Enhances High-Temperature Strength in Refractory Complex Concentrated Alloys
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
The gauge theory of dislocations: static solutions of screw and edge dislocations
本文研究了连续固体中静态位错的T（3）-规范理论。我们使用最一般的线性本构关系双线性的弹性变形张量和位错密度张量的力和赝动量应力的各向同性固体。本构关系包含六个材料参数。在这个理论中，力和伪力矩应力都是不对称的。该理论具有四个特征长度l1、l2、l3和l4，并给出了它们的显式表达式。首先导出了位错平动规范理论中力应力主方程的三维格林张量。然后，我们研究广义平面应变（反平面应变和平面应变）的情况。利用应力函数法，我们找到了螺型位错和刃型位错的修正应力函数。螺位错的解是用一个独立的长度l1=l4给出的。对于刃型位错的问题，仅出现两个特征长度l2和l3，其中一个与螺型位错的l2=l1相同。因此，该理论对于广义平面应变只有两个独立的长度。如果刃型位错的两个长度l2和l3相等，我们得到刃型位错，它是修正的Volterra刃型位错的规范理论版本。在对称应力的情况下，我们恢复了以前得到的著名结果.
2008-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Electronic origin of solute effects on the mobility of screw dislocation in bcc molybdenum
该研究利用第一性原理计算和螺位错偶极子模型，揭示不同溶质原子对 bcc 钼中螺位错形成能、运动应力及位错芯吸引或排斥作用的电子起源。
2024-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Stability of undissociated screw dislocations in zinc-blende covalent materials from first principle simulations
用第一性原理计算研究了金刚石、Si、$β$ -SiC、Ge和GaAs等几种锌基材料的完全螺位错的性质。对于几乎所有的元素，属于洗牌集平面的核心配置是有利的，与低温实验一致。仅对于金刚石，滑移构型具有最低的缺陷能量，这要归功于核心中的sp $^2$杂化。
2007-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Depinning transition for a screw dislocation in a model solid solution
在经典位错理论的基础上，固溶硬化（SSH）通常被归结为刃型位错的钉扎。在原子水平上，位错核心的理论研究与这样的预测相反。采用静态分子模拟方法，在一定的原子间有效势作用下，数值计算了Ni（Al）单晶中螺位错的临界分辨剪应力与刃位错的临界分辨剪应力具有相同的量级.这样的结果是由位错堆垛层错的细节和核心分解成肖克利偏分造成的。利用SSH统计理论对不同Al浓度下的原子模拟数据进行了初步的解析预测。
2008-11-03 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
Basal slip of a screw dislocations in hexagonal titanium
用从头计算方法研究了六方密排钛中a螺位错的基底滑移。我们发现，一个基础的解离是高度不稳定的，并重新配置为其他结构的一阶金字塔平面中解离。所得到的基底滑移机制对应于部分位错和相关层错带沿垂直于离解面方向的迁移。结果表明，无论是基底和锥体滑移将通过Peierls机制的双扭结形核，并将在足够高的温度下同样活跃。
2018-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Finite-temperature screw dislocation core structures and dynamics in $α$-titanium
本研究开发了MD与kMC耦合的多尺度方法，模拟α-Ti中螺位错动力学，提取温度相关的能量势垒，揭示锁定-解锁机制及非平行滑移现象，适用于多种材料。
2023-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Screw dislocation-carbon interaction in BCC tungsten: an ab initio study
用从头计算方法研究了钨中碳与螺位错的相互作用。碳原子在位错附近的存在下诱导重建，位错松弛到一种配置，硬核结构，这在纯钨中是不稳定的。重建对应于碳在位错所产生的棱柱形位点中的强结合，这对于位错线上分离的高浓度碳是完美的。然而，重建只是部分较低的原子分数，与位错往往回落到其易核心基态。这种位错在不稳定位置被碳原子钉扎的现象可用一个简单的线张力模型来描述。一个强大的碳位错的吸引力也证明在较大的分离距离，当溶质是在第四个最近的邻居八面体网站的重建核心。碳在这些不同的偏析网站的平衡浓度建模与伊辛模型，并使用平均场近似。这个热力学模型证明，螺旋位错保持完全饱和的碳原子和钉扎在他们的硬核配置高达约2500 K。
2021-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Impact of magnetism on screw dislocations in body-centered cubic chromium
用从头计算方法研究了磁性对体心立方铬中螺位错性质的影响。螺旋位错伯格斯矢量1/2 111和100被认为是，实验观察表明两个滑移系的活动。在低温下，铬在100个方向上具有接近反铁磁性的磁序，其中1/2111不是周期性矢量。因此，当剪切晶体时，具有Burgers矢量1/2 111的位错产生磁故障，这限制它们共存并成对移动，导致解离的111超位错。另一方面，100是铬的磁序的周期性矢量，并且当100个位错滑移时不产生这样的磁断层。位错性能计算的磁有序和非磁性相的铬进行比较。我们报告的边际影响的磁性的结构特性和能量的位错滑移系统。在{110}面中，与位错滑移相反的Peierls能垒对于1/2 111 {110}和100 {110}滑移系统是相当的，在铬的磁有序相中具有较低的Peierls应力。
2021-05-20 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
First principles determination of the Peierls stress of the shuffle screw dislocation in silicon
用<110>密度泛函理论计算了硅中a/2螺位错的Peierls应力。我们已经检查了边界条件的影响，通过使用两种模型，超晶胞方法，其中一个认为是一个周期性阵列的位错，和集群方法，其中一个单一的位错嵌入在一个小集群。超级单体的Peierls应力被低估，而团簇的Peierls应力被高估。计算了这些贡献，并确定了Peierls应力在2.4 x 10-2和2.8 x 10-2 eV之间。当移动时，位错遵循{111}平面通过低能亚稳构型，并且从不遵循100平面，其包括更高能量的亚稳芯构型。
2007-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Statistical mechanics of kinks on a gliding screw dislocation
体心立方金属塑性变形的能力受到螺旋位错的热激活滑移运动的限制，螺旋位错是具有对温度、应力和位错段长度表现出复杂依赖性的迁移率的线缺陷。我们推导出一个解析表达式的位错滑移的速度，基于统计力学参数，并确定一个明显的相变标记的临界温度以上的激活能有效地一半，从双扭结的形成能量的单扭结。该分析与直接动力学蒙特卡罗模拟定量一致。
2020-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Elevated-Temperature Strength in Refractory Complex Concentrated Alloys via Temperature-Induced Transition from Screw-to-Edge Dislocation Control
University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；University of Tennessee, Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校）
通过温度诱导的位错控制转变，提升耐火复杂浓缩合金在高温下的强度保持能力，为超高温应用提供设计策略。
2026-02-05 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
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
Clarifying the definition of 'transonic' screw dislocations
许多最近的分子动力学（MD）模拟已经证明，面心立方（fcc）金属中的螺旋位错可以在最低剪切波速度（$v_\text{shear}$）以上实现稳定的稳态运动，该最低剪切波速度平行于它们的运动方向（通常称为跨音速运动）。这与经典的连续介质分析直接相反，经典的连续介质分析预测在晶体几何形状依赖的“临界”速度$v_\text{crit}$下主体材料的弹性能的发散。在这项工作中，我们首先证明，通过分析，主机材料的弹性能发散的位错速度（$v_\text{crit}$）大于$v_\text{shear}$，即$v_\text{crit} > v_\text{shear}$。我们认为，这是后者推导出的速度（$v_\text{crit}$）分离“亚音速”和“超音速”制度的位错运动的解析解。除了我们的分析，我们还提出了一套全面的MD模拟结果的稳态螺位错运动的范围内的应力和几个立方金属在低温和室温下。在室温下，我们独立的MD模拟和早期的工作发现稳定的螺位错运动仅低于我们推导的$v_\text{crit}$。然而，在现实世界中的多晶材料$v_\text{crit}$不能被解释为亚音速位错运动的硬限制。事实上，在非常低的温度下，我们的MD模拟铜在10开尔文证实了最近在文献中声称，真正的“超音速”螺旋位错与位错速度$v>v_\text{crit}$是可能在非常低的温度。
2020-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical study of kinks on screw dislocation in silicon
用密度泛函理论和原子间势函数计算方法对硅中非离解螺型位错的结构、形成和迁移进行了理论计算。结果表明，单扭结的结构特征是窄芯和部分原子间的高拉伸键。一个单一的扭结的形成能量范围从0.9到1.36 eV，是相同的顺序为扭结的部分位错。然而，扭结迁移几乎自由地沿着线的未解离的位错不像什么是发现部分位错。应力的影响也进行了研究，以与以前的硅变形实验，已在低温和高应力进行比较。与形成一个稳定的扭结对的能量势垒变得低至0.65 eV的施加的应力的顺序为1 GPa，这表明通过热激活扭结对在室温下形成的螺旋位错的位移可能发生。
2008-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic study on the cross-slip process of a screw <a> dislocation in magnesium
采用密度泛函理论和分子动力学计算方法研究了镁中螺旋型$<$--$>$位错从基面到棱柱面的交叉滑移过程。本文提出了一种计算Peierls总能量图的原子方法，用以跟踪位错在交叉滑移过程中的跃迁路径，该跃迁路径是由一个离解的和/或收缩的螺旋$<$-一个$>$位错引起的。螺旋$<$-$>$位错从基底到棱柱面的势垒首次由密度泛函理论估计为每伯格斯矢量长度$61.4\pm 2.0$ meV。使用基于密度泛函理论的线张力模型计算交叉滑移的激活焓为$1.4$至$1.7$ eV，这与实验合理一致。在此基础上，采用嵌入原子势的分子动力学方法，详细研究了温度对基面上解离的$>$位错--螺旋$<$交叉滑移过程的影响，得到了交叉滑移的临界分辨剪应力.证实了在低温下，棱柱面上的弯折位错线是由轻微分离的直线段和连接的凹凸组成的，随着温度的升高，弯折位错线变得光滑，有许多段。在低温区，$<$ a $>$位错在棱柱面上的运动是急动的，而在室温以上，由于大部分解离的平台段的形成，位错的运动被阻滞。当$<$（一种$>$螺型位错）在低温区与置于基面上的硬球颗粒相互作用时，获得了大幅度降低的交叉滑移临界剪应力
2015-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Structure of a superconducting vortex pinned by a screw dislocation
计算了钉扎螺型位错磁通线中的磁场和超导电流的空间依赖性。超导涡旋与螺旋位错的手征对称破缺弹性应变相互作用，产生沿位错轴向的螺旋电流。有人认为，螺旋位错不可能在存在的传输电流的磁通线的力自由安排。
2001-06-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Direct prediction of the solute softening-to-hardening transition in W-Re alloys using stochastic simulations of screw dislocation motion
位错和溶质原子之间的相互作用是金属塑性中几个重要过程的基础。在体心立方（bcc）金属和合金中，低温塑性流动由螺旋位错滑移控制，已知螺旋位错滑移通过两个连续\emph{Peierls}谷的扭结对的成核和侧向弛豫而发生。在合金中，位错和溶质通过长程应力场耦合和短程非弹性相互作用影响彼此的动力学。已知在某些替代体心立方合金中，在临界浓度下观察到从溶质软化到溶质硬化的转变。本文建立了替代式W-Re合金中螺型位错滑动和溶质扩散的动力学蒙特卡罗模型。我们发现，位错动力学是由两个竞争机制。在低溶质浓度下，成核增强的Peierls应力的软化，克服了弹性排斥的Re原子扭结。这种趋势在较高浓度下逆转，导致浓度和温度相关的流动应力最小。这个最小值标志着从溶质软化到硬化的过渡，这被认为是在合理的协议与实验。
2017-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Secondary slip of screw dislocations in zirconium
六方密排锆中的塑性由螺旋位错控制，螺旋位错容易在它们解离的棱柱平面中滑动。在足够高的温度下，这些位错可以偏离棱柱平面，也可以在一级棱锥和基面中滑动。为了更好地理解这些二次滑移系统，我们进行了分子动力学（MD）模拟的螺旋位错在基面滑动。滑移位错在棱柱平面内保持解离状态，在棱柱平面内进行随机运动，偶尔通过扭结对的成核和传播而从其惯习平面交叉滑移。偏离平面总是金字塔形的，在基面两侧的两个金字塔形平面中交叉滑移的概率相等，因此平均导致基面滑移。因此，在MD模拟中探索的高应力区，基底滑移表现为棱柱滑移和锥体滑移的组合。这是证实了轻推弹性带（NEB）的计算。但NEB计算也揭示了随着外加应力的减小，滑移机制发生了变化。在低应力下，扭结不再位于锥体平面中。它们现在散布在基面中，因此与实验中所见的仅限于基面的螺位错运动完全相容。基底滑移，这是在竞争中与锥体滑移，因此出现在纯锆在低应力的青睐。
2021-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Screw dislocations in BCC transition metals: from ab initio modeling to yield criterion
我们在这里展示了如何密度泛函理论计算可以用来预测体心立方（BCC）金属的屈服应力的温度和取向依赖性的热激活制度，其中塑性是由1/2 Burgers矢量的螺旋位错的滑移<111>。我们的数值模型采用了非施密德效应，无论是孪生/反孪生的不对称性和非滑移效应，其特征在于通过从头计算直位错。该模型使用的扭结对成核焓预测线张力模型也完全参数化从头计算的应力依赖性。该方法在此针对体心立方钨进行了说明，但适用于所有体心立方金属。与实验数据的比较可以突出我们的建模方法的成功和剩余的局限性。
2021-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Screw dislocations in the field theory of elastoplasticity
考虑了位错在力矩和力作用下的（细观）静态弹塑性场论。位错拉氏量采用矩应力和奈张量之间的关系。本文讨论了圆柱体中无限长螺位错、螺位错偶极子和有限长圆柱体中共轴螺位错的应力场。应力场在位错核中没有奇异性，并且由于局部矩应力的存在，应力场在位错核中被修改。此外，我们还计算了圆柱体中螺型位错和同轴螺型位错的弹塑性能。对于同轴螺位错，我们发现一个修改后的所谓的Eshelby扭曲取决于一个特定的本征材料长度的公式。
2002-09-30 cond-mat.mtrl-sci gr-qc
Multiscale modeling of plastic deformation of molybdenum and tungsten: II. Yield criterion for single crystals based on atomistic studies of glide of 1/2<111> screw dislocations
基于第一部分中提出的原子论研究，我们开发了单晶的分析屈服准则，该准则捕获了位错滑移所需的剪切应力（Peierls应力）上的剪应力而不是Schmid应力（非滑移应力）的影响。这些屈服准则表征了非关联塑性流动，其起源于1/2<111>螺旋位错对施加的应力张量的复杂响应。采用这些标准，我们确定的操作滑动系统的拉伸/压缩载荷沿不同的轴在标准的赤平三角形，并确定随后的拉压不对称。这一结果是在一个很好的定性协议与现有的实验数据。此外，使用构建的屈服准则内的泰勒均匀化过程中，我们表明，与非平面的螺旋位错的核心持续在随机多晶体的影响。这影响显着的关键现象，如剪切局部化，这是通过分析韧性塑性固体中的空穴证明。
2008-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Impact of Screw and Edge Dislocation on the Thermal Conductivity of Nanowires and Bulk GaN
我们利用分子动力学模拟研究了纤锌矿GAN在位错存在下的热输运性质。在纳米线配置的各种孤立的位错进行了分析，发现显着降低的热导率，同时影响其温度依赖性以不同的方式。我们表明，孤立的螺旋位错的热导率降低了两个因素，而刃位错的影响是不太明显。热导率的相对降低与所研究的五种类型的位错中的每一种的应变能和位错核心周围的键的性质相关。热导率的温度依赖性遵循由T $^{-1}$变化结合指数因子描述的物理定律，该指数因子取决于材料的性质、位错核心的类型和结构特征。此外，位错密度对体GAN的热导率的影响进行了检查。对于两种类型的位错，作为位错密度的函数的总热导率的变化甚至绝对值是相似的。分析了沿位错线平行和垂直方向的热导率张量。热导率各向异性的差异随着位错密度的增加而增大，并且对于具有刃型位错的系统更明显。
2017-04-24 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
Graphite forms via annihilation of screw dislocations
石墨是碳的化学稳定形式，但非常难以合成。石墨形成的关键步骤是在高温（$>$ 2300~ $^{\circ}$ C）下去除缺陷，该缺陷允许石墨烯片段重新排列成有序的微晶。我们发现控制石墨化的关键缺陷是螺旋位错，其像螺旋楼梯一样缠绕通过层，抑制石墨烯微晶（$L_a$）的横向生长并防止Bernal石墨的AB堆叠。高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）识别螺钉为石墨化聚氯乙烯（PVC）中具有窄焦深的叉指状条纹。平行石墨烯碎片的分子动力学模拟证实，螺旋在加热过程中自发形成，较高的退火温度驱动螺旋湮灭和微晶生长。石墨化的时间演变通过X射线衍射（XRD）跟踪，显示$L_a$的生长和减少的层间距与螺旋湮灭的分子动力学一致。这种机械的洞察力提高了降低石墨化障碍的机会，并扩大了可以转化为石墨的含碳材料的范围，从而降低了锂离子电池、碳纤维和熔炼电极中使用的合成石墨的成本。
2022-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Explanation of the discrepancy between the measured and atomistically calculated yield stresses in body-centered cubic metals
我们提出了一个介观模型，解释了实验测得的屈服应力BCC金属在低温和典型的Peierls应力由孤立的螺旋位错的原子模拟确定的两个到三个差异的因素。该模型涉及一个Frank-Read型源发射位错，这些位错在距离源一定距离处变成纯螺旋，并且由于它们的高Peierls应力，控制其操作。然而，由于发射的位错之间的相互作用，由非螺旋位错和螺旋位错组成的组可以在比单个螺旋位错的滑移所需的应力低约2至3倍的施加应力下移动。
2006-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion of elastic waves in a two dimensional continuum with a random distribution of screw dislocations
本文研究了二维连续介质中反平面弹性波在多个随机螺位错作用下的扩散。建立在先前开发的理论，这种波的相干传播，非相干行为的特征在于通过的Bethe Salpeter（BS）方程。Ward-Takahashi恒等式（WTI）的演示和BS方程的解决，作为一个特征值问题，长波长和低频率。扩散方程的结果和扩散系数$D$的计算。结果具有预期的形式$D = v^* l /2$，其中平均自由程$l$等于在介质中传播的相干波的衰减长度，传输速度由$v^*= c_T^2/v$给出，其中$c_T$是在没有障碍物的情况下的波速，$v$是在存在位错的情况下相干波的传播速度。
2016-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Solute strengthening and softening from screw dislocation in BCC tantalum: A first-principles study
本研究利用第一性原理计算揭示BCC钽中螺位错与溶质原子的作用机制，识别Hf、Zr的软化及Mo、W、Ir的强化效应，并以相互作用能和电子功函数加以解释。
2024-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Multiscale modeling of plastic deformation of molybdenum and tungsten: I. Atomistic studies of the core structure and glide of 1/2<111> screw dislocations at 0 K
体<111>心立方金属的塑性形变主要由1/2螺旋位错控制。这些位错在0 K的滑移的原子研究已经进行了使用键级电位为钼和钨，占混合金属和共价键在过渡金属。当在滑移方向施加纯剪应力时，钼显示出显著的孪晶-反孪晶不对称性，但钨没有。然而，对于拉伸/压缩载荷，施密德定律在两种金属中都失效，主要是由于垂直于滑移方向的剪切应力的影响，该剪切应力改变了位错核心。认识到这一现象的基础上，发展的物理为基础的屈服准则，捕获的崩溃施密德定律BCC金属。此外，位错滑移可能是最好的{110}平面以外的最高应力，这是在许多BCC金属中观察到的反常滑移的回忆。
2008-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio modeling of the energy landscape for screw dislocations in body-centered cubic high-entropy alloys
在传统的体心立方（bcc）金属中，螺旋位错的核心性质在低温下的塑性形变中起着关键作用。近年来，具有体心立方晶体结构的难熔高熵合金（RHEAs）受到了广泛关注。然而，与面心立方高熵合金（HEAs），有少得多的调查bcc HEAs，特别是在这些多主元素合金中的化学短程有序（SRO）对位错迁移率的可能影响。本文利用密度泛函理论研究了MoNbTaW RHEAs合金中位错核的分布特性，以及SRO对位错核特性的影响。发现RHEA的芯能平均值大于相应的纯组分bcc金属的芯能平均值，并且对SRO的程度相对不敏感。然而，SRO的存在被证明有很大的影响，缩小的位错芯能量的分布和减少的空间异质性的位错芯能量在RHEA。有人认为，HEAs的机械行为的后果是在能量景观的位错，这可能会不均匀地抑制他们的运动的变化。
2020-06-25 cond-mat.mtrl-sci
The Taming of the Screw: Dislocation Cores in BCC Metals and Alloys
体心立方（BCC）过渡金属在低温下往往是脆性的，这对加工和损伤容限提出了重大挑战。脆性主要由螺位错核心决定，其本质和控制在近一个世纪后仍然是一个谜。在这里，我们介绍了一个基于物理的材料指数\{chi}，BCC和面心立方结构之间的能量差，指导核心属性的操作。在BCC合金中，晶格摩擦力和形核势垒与chi具有近似线性的标度关系，当chi低于某一阈值时，核心从非简并转变为简并. chi与溶质价电子浓度有关，可以通过第一性原理计算定量预测，为韧性BCC合金的设计提供了一条可靠的途径。
2022-09-21 cond-mat.mtrl-sci
On the correspondence between a screw dislocation in gradient elasticity and a regularized vortex
本文揭示了梯度弹性中螺型位错与正则化涡旋的对应关系，给出并讨论了二者的有效Burgers矢量、非奇异畸变、应力场及有效环量、平滑速度和动量。
2004-08-17 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
First-Principles Study on the Mobility of Screw Dislocations in BCC Iron
用第一性原理方法计算了体心立方铁中螺型位错的全二维Peierls势垒图，确定了位错核的迁移路径。提出了一种有效的方法来修正第一性原理方法中有限尺寸单元对晶格缺陷能量的影响，以确定准确的势垒分布。我们发现，迁移路径接近于一条直线，它被限制在一个$\{110\}$平面和Peierls势垒轮廓是单峰。利用线张力模型，结合这些第一性原理计算结果，预测了体心立方铁的扭折激活能为0.73 eV，与实验结果相符。
2012-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Properties of screw dislocation dynamics: time estimates on boundary and interior collisions
本文研究了有限个螺位错系统的动力学。在反平面线弹性假设下，二维动力学由重整化能量决定。详细分析了一个位错与边界的相互作用以及两个Burgers模量相反的位错的相互作用，并得到了碰撞时间的估计。一些精确可解的情况和数值模拟表明与所得到的估计一致。
2017-06-29 cond-mat.mtrl-sci math.DS
A general solution for accelerating screw dislocations in arbitrary slip systems with reflection symmetry
在任意晶体对称性的连续极限中，线弹性力学微分方程的解只适用于任意性质的稳态位错，即以恒定速度运动的线缺陷。由于在某些“临界”速度（通常接近某些声速）下存在奇点，这些位错场被认为过于理想化，而发散通常归因于忽略了核的有限尺寸和对恒定速度的限制。在各向同性极限下，加速纯螺位错和刃位错以前曾被研究过。对于纯螺位错和刃位错，仅在某些特殊情况下，才试图将其推广到各向异性晶体。这项工作的目的是填补空白，推导出一个通用的各向异性解决方案，适用于具有反射对称性的滑移系，研究纯螺位错没有混合刃位错的先决条件纯螺位错。对任意混合位错的进一步推广以及位错核的正则化超出了本文的范围，留待将来研究。
2021-02-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Strain-Rate- and Line-Length-Dependent Screw Dislocation Glide Mechanisms in BCC Refractory Metals and Alloys
Department of Materials Science and Engineering, University of Michigan（密歇根大学材料科学与工程系）
本研究通过分子动力学和应变增强超动力学方法，揭示了BCC难熔金属和合金中位错滑移机制受应变率、位错线长度和化学成分的联合影响。
2026-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Dislocations in the Field Theory of Elastoplasticity
利用弹塑性线性理论，给出了各向同性固体中螺位错和刃位错的解。计算了应力场、应变场、位移场、畸变场、位错密度和弯矩应力。应力场、应变场、位移场和畸变场均不存在经典弹性力学所预言的奇异性。利用所谓的应力函数法，我们找到了螺位错和刃位错的修正应力函数。
2003-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Novel Cross-Slip Mechanism of Pyramidal Screw Dislocations in Magnesium
与立方金属相比，立方金属的主要滑移模式包括12个等效系统，六方密排金属的较低的晶体对称性导致等效主要滑移的数量减少和塑性的各向异性，导致在环境温度下的脆性。在较高的温度下，六方密堆积金属的延展性提高由于二次c+a金字塔滑移系统的激活。因此，了解相应位错的基本性质对于改善室温下的延展性至关重要。在这里，我们提出了大规模的从头计算的结果为c+一个金字塔形的螺旋位错在镁，并表明他们的滑移行为是一个鲜明的反例的传统智慧，滑移面是由堆垛层错位错平面。解离的部分位错之间的堆垛层错可以呈现非平面形状，其能量消耗可以忽略不计，并且可以通过原子的局部重排垂直于其平面迁移。部分位错在{2-1-12}平面上解离，在{01-11}平面中“滑动”，响应于所施加的剪切应力而拖曳堆垛层错。这一发现解决了在实验中观察到{2-1-12}和{01-11}滑移迹线而从头计算表明位错优选在{01-11}平面中解离的明显差异。
2016-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen segregation around a straight screw dislocation in bcc iron
Laboratoire des Sciences de l’Ingénieur pour l’Environnement (LaSIE) - UMR CNRS 7356（环境工程科学实验室）；Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux (LSPM) - UPR 3407（工艺与材料科学实验室）
通过神经网络势分子模拟和热力学框架，量化了bcc铁中螺位错核心结构、位点类型和浓度对氢结合能的影响，揭示了易核心构型在解释实验氢溶解度极限中的关键作用。
2026-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Ubiquitous Ideal Spin-Orbit Coupling in a Screw Dislocation in Semiconductors
我们从理论上证明了螺位错（SD），一种广泛存在于半导体中的一维拓扑缺陷，普遍表现出一种新形式的自旋轨道耦合（SOC）效应。与通常存在于表面/界面处的众所周知的常规2D Rashba-Dresselhaus（RD）SOC效应不同，半导体中SD-SOC状态的深能级性质容易使其成为理想的SOC。值得注意的是，与SD的固有对称性有关的1D SD-SOC的自旋织构比2D RD-SOC表现出显著更高程度的自旋相干性。此外，如Si/Ge、GaAs和SiC中SD的比较第一性原理计算所证明的，可以通过化合物半导体中的离子性来调节1D SD-SOC，以理想地抑制自旋弛豫。因此，我们的研究结果打开了一扇新的大门，操纵自旋输运的半导体利用，否则有害的拓扑缺陷。
2018-01-27 cond-mat.mtrl-sci
A novel super-elastic carbon nanofiber with cup-stacked carbon nanocones and a screw dislocation
碳纳米纤维具有广泛的应用前景，如纳米驱动器和能量存储介质。这项工作报告的第一次超弹性拉伸特性的纳米纤维构造从螺旋位错的碳纳米锥（NF-S）。NF-S在拉伸下表现出三个不同的弹性形变阶段，包括初始均匀变形、分层和共价键的进一步拉伸。脱层过程赋予NF-S非凡的拉伸变形能力，这是正常杯堆叠几何形状的对应物无法获得的。由于应变集中，NF-S的失效由纳米锥的内边缘控制，从而导致具有不同几何参数的NF-S的共同失效力。引人注目的是，分层过程是由内半径和顶角的纳米锥。当顶角一定时，屈服应变随内半径的增大而显著增大，最大可达1000%以上。研究还发现，在压缩过程中，螺旋位错允许纳米锥变平和滑动。这项研究提供了一个全面的了解的机械性能的NF构建从碳纳米锥，这开辟了新的应用，如纳米致动器的新途径。
2019-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Geometrical frustration in nonlinear mechanics of screw dislocation
本研究采用微分几何和变分法对螺位错进行非线性数学建模与数值分析，发现几何挫折是位错应力场的直接来源，且Ricci曲率决定应力场对称性，从而证实了应力与曲率的对偶性假设。
2024-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Void-induced cross slip of screw dislocations in fcc copper
采用分子动力学模拟研究了面心立方铜中螺位错与空洞的钉扎作用。在低温下，螺型位错在原滑移面上发生脱钉，脱钉应力的行为与连续介质模型一致。当温度高于300 K时，由于空洞表面的交叉滑移，螺位错的运动不再局限于单一滑移面。发现了几种涉及多个滑移面的脱钉机制，特别是一种产生内禀棱柱环的脱钉机制，这些复杂的脱钉机制显著增加了脱钉应力。
2007-12-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
