First-principles study of nucleation, growth, and interface structure of Fe/GaAs
我们使用密度泛函理论来描述Fe薄膜在GaAs（001）上生长的初始阶段，着重于界面处化学和磁性之间的相互作用。四个特点似乎是通用的：（1）在亚单层覆盖，铁和衬底原子之间的强烈的化学相互作用，导致替代吸附和混合。(2)对于几个单层和更多的膜，原子突变界面是积极的青睐。(3)对于Fe膜在一个范围内的厚度，Ga-和As-adlayers显着降低膜的形成能，这表明表面活性剂的行动。(4)在生长的前几个单层期间，Ga或As原子可能从界面释放并扩散到Fe膜表面。磁性对这些过程起着重要的辅助作用，即使在原子吸附的稀极限下也是如此。大多数的膜表现出铁磁秩序，即使在半单层覆盖，而某些adlayer覆盖的膜表现出轻微的偏好反铁磁秩序。
2002-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Competitive B2 and B33 Nucleation during Solidification of Ni50Zr50 Alloy: Molecular Dynamics Simulation and Classical Nucleation Theory
采用持久胚胎法和经典形核理论研究了Ni 50 Zr 50合金中化学计量比B2和B33相的均匀形核。这两个阶段成为非常接近的竞争对手在大的过冷度，这是与实验观察。在B2相的情况下，外推到熔化温度的固-液界面（SLI）自由能的线性温度依赖性导致从毛细波动方法（CFM）获得的相同的值。在B33相的情况下，SLI自由能在大的过冷度下也是温度的线性函数，但是外推到熔化温度导致与CFM值相当不同的值。这与在名义上平坦的界面迁移的模拟中观察到的熔化温度附近的B33相的SLI性质的大的各向异性是一致的。
2019-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Ginzburg-Landau theory of the liquid-solid interface and nucleation for hard-spheres
利用密度泛函理论的基本测度理论方法，构造了硬球的Ginzburg-Landau自由能泛函。该泛函被用来研究液-面心立方固体平面界面和小固体团簇在液体中成核的性质。平面界面的表面张力与模拟结果吻合较好，固体团簇的性质与经典成核理论一致。
2006-03-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nucleation and dynamics of dislocations in mismatched heterostructures
本文通过计算机模拟研究了具有晶格失配界面的异质结构系统，即具有内部应变的系统中的位错形核和位错动力学。特别地，我们研究了成核阈值对晶体基本参数的依赖性，例如失配量和系统温度。这些研究已经进行了使用模拟代码与图形用户界面在我们的实验室开发。该在线模拟系统产生三维分子动力学模型的实时交互式可视化。此外，它检测位错的存在，并通过基于势能映射的算法跟踪它们。
2018-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation of interfacial shear cracks in thin films on disordered substrates
我们制定了一个理论模型的剪切破坏的薄膜栓到刚性基板。膜与基底之间的界面被建模为具有随机波动的剪切强度/断裂能的内聚层。我们表明，在尺度大的膜厚度相比，内部剪切应力作用在界面上可以近似为二阶梯度的剪切位移跨界面。该模型被用来研究一维剪切裂纹，我们评估的应力依赖的临界裂纹的成核概率。这是用来确定界面的剪切强度作为膜的几何形状和界面的统计特性的函数。
2008-11-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Why does wurtzite form in nanowires of III-V zinc-blende semiconductors?
我们发展了一个基于成核的模型来解释纤锌矿（WZ）晶相的形成过程中的气-液-固生长的独立纳米线的锌（ZB）半导体。我们首先表明，在纳米线中，成核一般发生在固/液界面的外缘（三相线），而不是在固/液界面的其他地方。在目前的情况下，这意味着ZB和WZ核之间存在重大差异。根据相关的界面能，WZ成核有利于在高液体过饱和度。这解释了我们在纳米线生长的早期阶段对ZB的系统观察。
2007-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Instabilities at Frictional Interfaces: Creep Patches, Nucleation and Rupture Fronts
摩擦界面的强度和稳定性，从摩擦系统到地震断层，都与潜在的空间扩展动力学密切相关。在这里，我们提供了一个全面的理论帐户，分析和数值，时空界面动力学在一个现实的速率和状态摩擦模型，具有速度减弱和加强行为。缓慢延伸，加载速率依赖，蠕变补丁经历一个线性不稳定的临界成核尺寸，这是几乎独立的界面历史，初始应力条件和速度强化摩擦。非线性传播破裂前沿-不稳定的结果-敏感地依赖于应力状态和速度加强摩擦。破裂前跨越广泛的传播速度，并与稳定状态的前线解决方案。
2013-12-16 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Influence of surface energy anisotropy on nucleation and crystallographic texture of polycrystalline deposits
该研究构建形核概率评估方法与广义Winterbottom构造新解，通过二维Monte Carlo模拟揭示表面能各向异性对多晶薄膜形核与织构演化的调控规律，并提出电沉积镍特殊织构演化的解释假说。
2023-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Lattice matched heterogeneous nucleation eliminate defective buried interface in halide perovskites
本研究通过分子动力学模拟发现，钙钛矿在常用氧化物界面异质外延结晶会产生掩埋界面缺陷，而晶格匹配界面可实现其外延有序生长、避免缺陷，为制备高效稳定的钙钛矿器件提供指导。
2024-05-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nucleation of stable cylinders from a metastable lamellar phase in a diblock copolymer melt
从亚稳层状相的稳定的圆柱体相的液滴的成核检查内的单模式近似的Brazovskii模型的二嵌段共聚物熔体。采用液滴界面轮廓的变分分析方法，得到了任意取向圆柱与薄层界面自由能的解析表达式，界面自由能具有各向异性，当圆柱轴垂直于界面时比圆柱沿界面时低。因此，通过Wulff构造计算的液滴形状是透镜状的，沿着圆柱体的轴线变平。根据经典成核理论确定了临界液滴的尺寸和成核势垒。在适用经典形核理论的片层/圆柱相界附近，典型的临界液滴尺寸为30- 400个圆柱，长宽比为4- 10，形核势垒为30- 40 k_BT，当接近平均场临界点时，总的趋势是临界液滴变大，长宽比变大，形核势垒变小。
2003-01-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Microscopic Mechanism and Kinetics of Ice Formation at Complex Interfaces: Zooming in on Kaolinite
大部分自然中的冰都是由杂质形成的，这些杂质提高了纯净过冷水极低的成核率。然而，这些物质上的冰成核的微观细节在很大程度上仍然未知。在这里，我们揭示了高岭石（一种在气候科学中起关键作用的粘土矿物）上冰形成的分子机制和动力学。我们发现，在这种粘土的存在下，在强过冷冰的形成是20个数量级的速度比均匀冻结。临界核是基本上小于均匀成核，并在经典成核理论（CNT）的预测相反，它具有很强的2D字符。尽管如此，我们表明，碳纳米管正确地描述了冰在这个复杂的接口的形成。高岭石还促进了六方冰的唯一成核，而不是观察到立方和六方多型体的混合物的均匀冷冻。
2016-11-18 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Capturing Nucleation at 4D Atomic Resolution
成核在许多物理和生物现象中起着关键作用，从结晶、熔化和蒸发到云的形成和神经退行性疾病的引发。然而，成核是一个具有挑战性的过程，在实验中研究，特别是在早期阶段，当几个原子/分子开始形成一个新的阶段，从它的母相。在这里，我们先进的原子电子断层扫描研究早期阶段的成核在4D原子分辨率。以FePt纳米粒子为模型系统，揭示了早期原子核的不规则形状，每个原子核都有一个由一个或几个具有最大序参量的原子组成的核，并且从核到核的边界呈现序参量梯度.我们捕获的结构和动力学的相同的核经历的生长，波动，溶解，合并和/或分裂，这是由序参量分布及其梯度。这些实验观察不同于经典的成核理论（CNT），并解释它们，我们提出了序参量梯度（OPG）模型。我们表明，OPG模型概括CNT和大力有利于扩散界面的小核和尖锐的界面大核。我们进一步证实了这个模型，使用分子动力学模拟的异质和均匀成核的液-固相变的Pt。我们预计OPG模型适用于不同的成核过程，我们的实验方法打开了大门，研究材料的结构和动力学与4D原子分辨率。
2019-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Hydrodynamic theory of freezing: Nucleation and polycrystalline growth
本文利用最近提出的非线性流体动力学结晶理论[G。I. Toth等人，J.物理学：康登斯Matter 26，055001（2014）]，其基于将波动流体力学与相场晶体理论相结合。我们表明，在这种流体动力学的方法不仅是同质和异质的成核过程是可访问的，而且生长前沿成核，这导致形成新的（不同取向的）晶粒在固体-液体前在高度过冷系统。位错的形成在固-液界面和密度波的干涉前面的结晶负责的生长前沿，导致球晶状纳米结构的新的取向的外观。
2017-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Interface energies of Ga2O3 phases with the sapphire substrate and the phase-locked epitaxy of metastable structures explained
该研究利用密度泛函理论计算α、β、κ-Ga2O3与蓝宝石衬底及中间层的界面能，结合表面能和失配应变阐明低温高速二维生长条件下α相择优及Mist-CVD锁相机理。
2024-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Ion Implantation Enhanced Nucleation Facilitates Heat Transport across Atomically-Sharp Semiconductor Interfaces
Peking University（北京大学）；Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Xidian University（西安电子科技大学）
通过离子注入增强的成核外延技术，在原子尖锐的AlN-SiC界面实现超高热边界导纳，揭示了弹性声子传输和界面声子模式对热传输的贡献。
2026-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic scale characterization of the nucleation and growth of SnO2 particles in oxidized CuSn alloys
研究了单相CuSn合金中Sn的内氧化动力学。SnO 2颗粒，其特征在于通过分析型透射电子显微镜。SnO 2和Cu之间的取向关系，特别强调Cu/SnO 2界面的原子尺度结构（失配位错和化学结构）。具有终止SnO 2相的纯氧平面的习惯平面是非常有利的，并且大的失配促进了板状沉淀物的生长。
2012-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling the nucleation and growth of Zr oxide precipitates of internally oxidized Nb3Sn superconductors
本文结合APT、TEM和第一性原理计算，揭示了内氧化Nb3Sn超导线材中Zr氧化物析出相的形核、生长及微观结构演化机制，为优化高场超导磁体线材制备工艺提供了理论依据。
2024-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Strain heterogeneity and micro-damage nucleation under tensile stresses in an Mg-5Al-3Ca alloy with an intermetallic skeleton
微观结构水平的应变不均匀性在双相或多相材料的变形和断裂行为中起着至关重要的作用。采用准原位μ-DIC实验研究了Mg-5Al-3Ca合金在高温（170 °C）拉伸变形过程中亚微米尺度的应变不均匀性、局部化和分配。结果表明，应变主要由α-Mg相携带，而金属间化合物Laves相在α-Mg基体和Laves相界面处产生应变集中，降低合金的整体变形能力。在高温下的准原位和块体材料分析中，观察到裂纹在Laves相中形核，i）α-Mg基体中的滑移线与Laves相的交点，ii）与α-Mg/Laves相界面的孪晶交点和iii）穿过α-Mg/Laves相界面的孪晶传输。欧拉数分析表明，Laves相的（相互）连通性随着变形而降低。最后，裂纹优先沿着Laves相生长，直到材料断裂。
2019-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation at the GST--oxide interface and beam-driven ordering in amorphous Ge--Sb--Te: HAADF, EDS and electron pair distribution functions across a 4D-STEM dose series
Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学）
本研究通过4D-STEM等技术发现非晶GST薄膜的晶核形成于GST-氧化物界面，而非成分或密度差异区域，且束流剂量会使薄膜有序化，所用分析工具为PySTEMLab。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Critical nucleation length for accelerating frictional slip
沿着缓慢驱动的摩擦界面加速滑动的自发成核是广泛的地球物理、物理和工程系统的核心，对地震物理学具有特别深远的影响。解决这个问题的一种常用方法是将成核与超过临界长度$L_c$时的扩展蠕变片的不稳定性相关联。临界成核长度$L_c$通常是从弹簧-块线性稳定性分析中获得的，该分析扩展到使用依赖于模型的断裂力学估计来分离弹性可变形体的界面。我们提出了一种替代方法，在该方法中，临界成核长度是从相关的线性稳定性分析的均匀滑动沿界面分离弹性变形体。对于弹性相同的半空间和速率和状态的摩擦，这两种方法被证明产生$L_c$，具有相同的标度结构，但有显着不同的数值前因子，导致在一个显着更大的$L_c$在我们的方法。所提出的方法也被证明是自然适用于有限尺寸的系统和双材料接口，各种分析结果的推导。为了定量地测试所提出的方法，我们进行了惯性矩元法计算的有限尺寸的二维弹性变形体的速率和状态摩擦接触下的刚体侧向载荷。我们表明，理论预测的$L_c$和它的有限大小的依赖性是在合理的良好的定量协议与完整的数值解，贷款支持所提出的方法。这些结果提供了一个理论框架，预测沿摩擦界面的快速滑移成核。
2017-11-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.geo-ph
Microstructure evolution and heterogeneous nucleation in ternary Al-Cu-Ni alloys
采用多相场模型对三元Al-Cu-Ni合金的凝固过程进行了模拟，结果表明，通过耦合各相的真实热力学参数和演化方程，可以得到真实的微观组织。对模型函数的各个界面的稳定性要求保证了在$n$维相场空间中不存在“鬼”相。特别构造的热噪声项干扰了稳定性，并可根据能量和浓度条件产生产物相的异相成核。特别感兴趣的是，在三相点中，第四相的成核发生而没有额外的噪声。另一个观察结果是在各种合金中的共晶状或包晶状结构的生长。
2013-07-12 cond-mat.mtrl-sci
An atomistic perspective of martensite twinning in Iron
马氏体相变是金属科学中最重要的现象之一，因为它对钢和大多数工程合金的强度有重要贡献。然而，导致马氏体形核和孪晶形态的基本原子机制尚不清楚。如果要正确理解马氏体的强化作用，就需要在这方面有一个详细的了解。采用具有Nishiyama-Wasserman取向关系的fcc/bcc半共格界面模型，对马氏体相变进行了分子动力学模拟。这一重要现象的显着洞察详细的这项工作表明，原子位移，导致马氏体相的形核和孪晶形态的形成起源于fcc/bcc界面。该界面促进了相变过程中的初始原子剪切，进而导致应力诱导的均匀形核和孪晶形貌的形成。理解导致孪晶形态形成的原子过程将允许控制孪晶过程以进一步提高机械性能。
2020-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation kinetics in phase transformations with spatially correlated nuclei
本文提出基于相关函数的理论框架，分析渐进式成核中空间相关晶核的动力学，发现二维和三维生长会由RSA行为转向KJMA行为。
2025-06-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Toward a Comprehensive Model of Snow Crystal Growth: 3. The Correspondence Between Ice Growth from Water Vapor and Ice Growth from Liquid Water
我们研究冰晶生长的水蒸气在温度接近的熔点，当表面预熔化在固体/蒸汽界面处创建一个quasiliquid层。最近的冰生长测量作为蒸汽过饱和度的函数已经证明了在这些温度下在基底表面上的大量成核势垒，从该成核势垒中可以使用经典成核理论提取分子阶跃能量。额外的冰生长测量从液态水作为一个功能的过冷表现出类似的成核障碍的基础表面上，产生大约相同的分子阶跃能量。这些数据表明，从水蒸气和从液态水的冰生长都很好地描述了基本上相同的基本成核现象在相当大的温度范围内。一个物理图片是新兴的，其中在固体/液体，固体/准液体，和固体/蒸汽界面的分子阶跃能量创建成核障碍，占主导地位的冰在广泛的条件下的生长行为。由于阶跃能量是一个平衡量，就像表面融化是一个平衡现象，存在着相当大的机会，使用多体模拟的冰表面结构和能量平衡，以更好地了解许多动态方面的冰晶生长。
2014-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Role of pre-ordered liquid in the selection mechanism of crystal polymorphs during nucleation
采用过渡路径取样法研究了钼凝固过程中均匀形核的原子机制。该机制的特点是形成一个预结构区域的高键取向秩序的过冷液体，然后由结晶体相的成核的中心内的生长固体集群。这种前体在该过程中起着至关重要的作用，因为它提供了液体和结晶核之间的扩散界面，这降低了界面自由能并促进了体相的成核。此外，预定区域的结构特征不同于液相和固相，并且预选成核的特定多晶型物。Mo的成核机制与表现出不同结晶体相的金属的成核机制的相似性表明，前体的形成是在这些材料中观察到的一般特征。前体的结构特征对最终结晶体相的强烈影响表明，对于所研究的系统，多晶型物选择发生在成核的非常早期的阶段。
2020-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Property Decoupling across the Nucleus-Melt Interface during Polymer Crystal Nucleation
提出了空间分布，其定量地捕获聚合物性质（例如，链段排列、密度和势能）随着离原型聚乙烯熔体中的新生聚合物晶体（核）的距离而变化。它揭示了核和它们的接口的空间范围是度量依赖的核内部是固体样的程度。随着与核的距离增加，一些性质（例如密度）比聚合物链段排列更快地衰减为熔融状行为，这表明聚合物核存在于向列状液滴中。这种向列状液滴区域与不是核的一部分的有序聚合物片段的增强形成相一致。它是更有利的，找到非成分有序的聚合物段附近的核比在周围的亚稳熔体，指向一个核诱导其他核的形成的可能性。这些发现提供了非流动条件下聚合物晶体成核和流动条件下聚合物晶体成核之间的概念桥梁，并用于合理化以前的结果。
2020-03-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.atm-clus
Towards smooth (010) beta-Ga2O3 films homoepitaxially grown by plasma assisted molecular beam epitaxy: The impact of substrate offcut and metal-to-oxygen flux ratio
光滑的界面和表面对于大多数基于薄膜及其异质结构的（光）电子器件是有益的。例如，（010）β-Ga 2 O3/（AlxGa 1-x）2 O3异质结构中的更平滑的界面（其粗糙度由Ga 2 O3层的粗糙度决定）可以通过减少界面粗糙度散射来实现更高的迁移率2DEG。为此，我们通过实验证明，沿[001]方向的衬底切边允许在富含金属的条件下在（010）-同质外延中获得平滑的β-Ga 2 O3层。在高衬底温度（Tg = 900 °C）下将In介导的金属交换催化（MEXCAT）应用于分子束外延中，我们比较了在具有不同无意切边的（010）取向衬底上生长的层的形态。层粗糙度通常由（i）（110）和（-110）-刻面和（ii）垂直于[001]方向的沟槽（5-10 nm深）所决定，所述刻面可见为沿[001]方向的细长特征（rms < 0.5 nm）。我们表明，几乎沿着[001]方向取向的仅0.1°的无意衬底切边抑制了这些沟槽，从而导致具有仅由刻面确定的粗糙度的平滑形态，即，rms 0.2 nm。由于我们发现的小面和沟槽的形态，在MBE生长的层与MEXCAT和没有，我们建议（010）-同质外延的一般生长机制是由岛生长的合并结果在沟槽的形成。在[001]方向上的衬底切边的存在可以允许在台阶边缘处的台阶流动生长或岛形核，这防止了沟槽的形成。此外，我们给出了实验证据，减少表面扩散长度或增加形核密度与减少金属-氧流…
2020-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Phase transformation kinetics in MoS2 governed by S-S repulsive interactions and defect-interface compatibility
State Key Laboratory of Materials for Integrated Circuits, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海微系统与信息技术研究所集成电路材料国家重点实验室）；Suzhou Laboratory（苏州实验室）
研究揭示单层二硫化钼中T'相的持久性源于S-S排斥相互作用导致的高能垒，而非热力学驱动，且缺陷-界面兼容性决定相变动力学。
2026-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Equilibrium shape and dislocation nucleation in strained epitaxial nanoislands
本文采用二维原子模型，利用简单的原子间对势，数值研究了小应变外延岛的平衡形状、形状转变和位错成核。我们首先绘制出平衡岛形状的相图作为岛的大小（N = 105个原子）和晶格失配与基板的函数，并表明，纳米级的岛屿有四个通用的平衡形状，与弹性连续理论的预测相反。对于增加基板吸附的吸引力，我们发现岛屿上形成一个有限的润湿层上观察到的Stranski-Krastanow增长。我们还研究了不同形状的岛屿之间的过渡和位错成核在最初的相干岛屿的能量障碍和过渡路径。特别是，我们发现，位错成核自发地在边缘的吸附物-衬底界面以上的临界尺寸或晶格失配。
2005-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Intragranular nucleation of tetrahedral precipitates and discontinuous precipitation in Cu-5wt%Ag
已知在CuAg合金中发生连续和不连续沉淀。用原子探针层析和透射电镜研究了Cu-5%wtAg合金在440 $^\circ$ C时效30 '后富Ag相的析出。观察到连续和不连续形成的沉淀物。位于晶粒内部的沉淀物呈现出两种不同的小平面形状：四面体和片状沉淀物。也证明了在两相之间的界面处存在容纳高失配的位错。基于这些实验观察，我们研究了这些位错对成核势垒的热力学效应，并表明这些奇特的形状是由于界面各向异性。适当数量的错配位错使弹性应力松弛并导致能量有利的沉淀。然而，由于母相和沉淀相之间的大的失配，对于CuAg合金经常报道的不连续沉淀可以是转化过饱和固溶体的较低能量路径。我们认为空位团的存在可能有助于晶内形核，
2020-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Experimental studies of crystal nucleation: metals and colloids
结晶是最重要的一级相变之一。在金属和合金的情况下，液相是材料生产的母相。结晶过程的条件控制了凝固材料的化学和物理性质。成核引发液体的结晶。它选择晶相，稳定或亚稳定。因此，它的详细知识对于材料设计是强制性的。本文介绍了金属和合金形核研究的无容器处理技术。我们证明了这些方法的稳定固体的晶体成核的权力，但特别是在极端过冷度的亚稳固体的晶体成核的调查。这涉及到异质成核与同质成核以及非平衡条件的问题。在经典成核理论下对实验结果进行了分析，均质成核的活化能取决于界面能和固液吉布斯自由能之差。界面能是成核过程的势垒。在金属的情况下，它的实验测定是困难的。因此，在这项工作的第二部分中，我们将探讨使用胶体悬浮液作为结晶过程的模型。通过光学技术和利用高强度同步辐射的超小角X射线衍射原位观察了它们的成核过程。它允许一个明确的歧视均匀和非均匀的成核以及确定的固液界面的界面自由能。我们的研究结果被用来构建特恩布尔图的胶体，这是讨论有关的特恩布尔图的金属和支持的假设，胶体是有用的模型系统来调查晶体成核。
2016-05-25 cond-mat.mtrl-sci
On the competition between dislocation transmission and crack nucleation at phase boundaries
位错与相界的相互作用是一个复杂的现象，目前还远未被完全理解。最近提出了一种研究刃型位错在完全共格无损伤相界中传输的二维Peierls-Nabarro有限元模型。本文带来了一个新的维度的复杂性扩展PN-FE模型与专用的凝聚区模型的相边界。与所提出的模型，位错之间的自然相互作用，外部边界和相边界，包括该边界的消粘，提供。它允许一个研究之间的竞争位错传输和相边界退粘。通常情况下，界面电位所需的滑移面行为和相边界消粘建立通过原子模拟。它们对应于由两个相对于彼此刚性平移的原子组成的系统所固有的失配能量。结果表明，盲目利用这些潜力在零厚度界面（如所提出的模型中使用）可能会导致一个大的定量误差。因此，为了物理一致性，电势需要朝向零厚度电势减小。本文采用线弹性减缩。利用滑移面和相界的约化势，研究了8位错堆积系统中位错传输与相界退粘之间的竞争。结果表明，在这种竞争的结果，材料的性能以及相界韧性的相位差的强烈影响。在裂纹成核的情况下，裂纹长度显示出同样强的依赖于这些属性。
2018-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Visualizing metal-mediated nucleation and growth of GaN
University of Michigan（密歇根大学）；University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）
研究通过E-TEM和吉布斯自由能计算揭示金属介导的GaN成核与生长机制，强调Ga/GaN界面在促进NH3分解和GaN生长中的关键作用。
2025-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Unstable slip pulses and earthquake nucleation as a non-equilibrium first-order phase transition
沿着最初静止的摩擦界面的快速滑动的开始、“地震成核”过程和耗散时空滑动动力学在广泛的物理系统中发挥重要作用。在这里，我们首先表明，通用摩擦定律描述的接口功能依赖于应力的稳态滑移脉冲的解决方案，这是不稳定的准一维近似薄弹性体。我们建议，这种不稳定的滑移脉冲的线性尺寸$L^*$和特征振幅的“临界核”的快速滑移在非平衡类比平衡一阶相变，并定量支持这一想法的动力学计算。然后，我们进行2D数值计算，表明成核长度$L^*$也存在于2D中，并且断裂力学Griffith样长度$L_G\!<\!L^*$的存在产生了更丰富的相图，其特征还在于持续的滑移脉冲。
2018-11-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.geo-ph
Structural pathway for nucleation and growth of topologically close-packed phase from parent hexagonal crystal
本研究通过第一性原理计算揭示了hcp基体中TCP相的非经典形核与基于微扰位移的生长机制，并利用高通量筛选探索了多种hcp金属系统的相变潜力，为理解固态扩散相变奠定了原子级基础。
2023-09-11 cond-mat.mtrl-sci
On the kinetics of homogeneous nucleation of incoherent precipitates in solid solutions
本文指出传统均匀形核理论对非共格析出物不适用，提出基于Reiss二元形核理论并考虑点缺陷吸收与过量空位的新动力学模型，以预测非共格析出物的形核速率。
2024-04-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Aluminum oxide nucleation in the early stages of atomic layer deposition on epitaxial graphene
采用原子力显微镜（AFM）和拉曼光谱（Raman）研究了在碳化硅（4H-SiC）表面单层外延石墨烯（EG）上直接原子层沉积（ALD）过程中氧化铝（Al2O3）的成核和生长机制。与对于其他类型的石墨烯通常观察到的相反，在EG的情况下观察到大且均匀密度的成核位点，并且归因于EG/SiC界面处缓冲层的存在。沉积过程的特征在于在非常早期的阶段中的Al2O3岛生长，随后在仅40个ALD循环之后由于岛聚结而形成连续的Al2O3膜（2.4 nm厚），以及随后的逐层生长。拉曼光谱分析表明ALD工艺对EG的缺陷密度和掺杂的影响很小。EG应变也几乎不受岛屿生长和合并的制度中的沉积，而一个显着的增加后，观察到一个紧凑的Al2O3膜的形成。所获得的结果对于需要集成超薄高k绝缘体的外延石墨烯的器件应用具有重要影响。
2020-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Evidence of Epitaxial Growth of Molecular Layers of Dissolved Gas at a Hydrophobic/Water Interface
水在某些固体表面上的非润湿现象已经被深入研究了几十年，但疏水/水界面的性质仍然存在争议。在这里，水/石墨界面的高灵敏度原子力显微镜进行了研究。我们显示出石墨表面上的外延单层的成核和生长的证据，可能是由于溶解在水中的氮分子的吸附。随后的吸附过程类似于异质外延中的层加岛（或Stranski-Krastanov）生长模式。这一发现强调了在各种水界面的气体分离的重要性，并可能解开许多难题，特别是在固体/水界面和散装水的性质和所谓的纳米气泡的高稳定性。基于疏水效应，我们提出溶解在水中的气体分子可以聚集成团簇在本体水以及在固体/水界面。当团簇生长到临界尺寸以上时，它会转变为气泡，这可以解释水中气泡的形成或成核。
2012-03-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Revealing the role of interfacial heterogeneous nucleation in metastable thin film growth of rare earth nickelates electronic transition materials
虽然稀土镍酸盐（ReNiO 3）具有丰富的电子相和广泛可调的金属-绝缘体电子跃迁性质，但其固有的Meta稳定性在很大程度上阻碍了其实际的电子应用。除了提高氧反应压力，异相成核预计作为一种替代策略，使结晶ReNiO 3在低Meta稳性。本文揭示了高氧压和异质界面在触发ReNiO_3薄膜亚稳态生长中各自的作用。采用第一性原理计算进一步验证了在LaAlO 3单晶衬底上生长的ReNiO 3（Re：Nd，Sm，Eu，Gd，Dy）异质薄膜在常压下不需要施加高氧压就能有效晶化，表明ReNiO 3与衬底之间的界面结合能充分降低ReNiO 3的正Gibbs形成能.然而，突变的电子跃迁只出现在高氧压下生长的ReNiO 3薄膜中，在这种情况下，氧空位通过高氧压反应被有效地消除，如近边X射线吸收精细结构（NEXAFS）所示。本工作揭示了异质形核和高氧压对高质量ReNiO 3薄膜生长的协同作用。
2021-11-26 cond-mat.mtrl-sci
On the Effect of Nucleation Undercooling on Phase Transformation Kinetics
我们进行了广泛的比较之间的Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov（JMAK）理论的一级相变动力学和相场（PF）的结果的基准问题的成核。为了解决这个问题的随机性，进行了数百次模拟，以建立PF和JMAK转化动力学之间的一致性和差异的全面的，有意义的分析。我们发现，PF的预测是在很好的协议与经典的成核理论和JMAK理论，只要后者的原始假设是适当的再现-特别是在一个无限域中的恒定的成核和生长速率。当偏离这些假设时，PF结果与JMAK理论不一致。特别是，我们观察到，相对于临界成核半径$r^*$的初始颗粒半径$r_0$的大小对转化率有显着的影响。当$r_0$充分高于$r^*$时，PF和JMAK一致，但在达到稳定增长速度之前，颗粒的初始瞬态增长阶段的持续时间随$r_0/r^*\to 1$而增加。该孵育时间对整体动力学具有显著影响，例如对多粒子模拟的Avrami指数。相比之下，对于所考虑的条件和参数，界面曲率对转化动力学的影响-特别是颗粒撞击过程中出现的负曲率区域，存在于PF中但不存在于JMAK理论中-与$r_0/r^*$相比似乎是次要的。我们认为，严格的基准相场模型的随机过程（如成核）需要足够的统计数据，以进行严格的比较地面真理理论。在这些问题中，概率分布的分析显然比确定性方法更可取。
2022-10-30 cond-mat.mtrl-sci
A new kinetic model for precipitation from solid solutions
该模型认为可逆的基本行为的迁移点缺陷（晶体和/或空位）在整个沉淀基质界面，并使一个导出方程的发射率和吸收的溶质原子在界面处。该模型预测更强的异相波动和更高的成核速率比经典的成核理论。然而，渐近地，对于大的沉淀物尺寸和长的老化时间，两个模型给出相同的结果，与Lifshitz-Slyozov-Wagner粗化理论一致。
2015-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Heterogeneous critical nucleation on a completely-wettable substrate
新的体相在平坦衬底上的非均质成核可以与称为润湿转变的表面相变相关联。当这种体异质成核发生在具有零接触角的完全平坦的衬底上时，经典成核理论预测成核的自由能垒消失。事实上，即使在接触角为零的情况下，也会发生一级预湿转变，因此，始终存在一个临界晶核和一个自由能垒。此外，临界核的性质也发生了变化，从体相共存（欠饱和）之下的表面相变临界核转变为体相共存（过饱和）之上的体相异质形核临界核。最近，Sear [J.Chem.Phys { \bf 129}，164510（2008）]通过成核速率的直接数值计算表明，当核穿过共存时，核不会注意到这种变化。在我们的工作中的形态和形成的工作完全-可吸收的衬底上的临界核重新检查跨越共存使用界面位移模型。事实上，形态和形成功在共存中不断变化。我们的研究结果支持Sear的预测，并将重新点燃对完全结晶衬底上的异质成核的兴趣。
2011-05-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Thermodynamic route of Nb3Sn nucleation: Role of oxygen
本研究针对Nb3Sn合金传统Sn扩散成核机制的不足，通过不同氧化物界面实验发现氧的作用及SnOx中间相，提出热力学成核新路径，为高质量Nb3Sn超导体的生长优化与合成提供指导。
2023-07-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Nanocrystal Formation in Si Implanted Thin SiO2 Layers under the Influence of an Absorbing Interface
采用动力学三维晶格蒙特卡罗方法研究了1 keV硅离子注入SiO2薄膜中Si纳米晶（NC）的相分离过程。模拟开始从Si的深度分布使用动态，高通量的二元碰撞程序TRIDYN计算。从初始Si过饱和，NC被发现形成的成核，生长和奥斯特瓦尔德熟化在低Si浓度。或者在更高的浓度下，通过亚稳分解形成非球形的细长Si结构，其在较长的退火期间通过界面最小化而球化。在这两种情况下，紧密的SiO2/Si界面是扩散Si原子的强汇。NC在SiO2/Si界面处的薄NC自由氧化物层上方对齐。因此，去除NC的该区域的宽度具有用于通过直接电子隧穿进行NC充电的刚好合适的厚度，这对于非易失性存储器应用是至关重要的。此外，奥斯特瓦尔德成熟和Si向界面损失的竞争导致在低Si浓度（成核状态）下，裸露区的宽度恒定，并且在长时间的退火过程中平均NC尺寸恒定。
2002-12-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Lifshitz theory of wetting films at three phase coexistence: The case of ice nucleation on Silver Iodide (AgI)
假设：当流体接近三相共存时，吸附可能是通过连续形成两个中间润湿膜而发生的。这些润湿层的平衡厚度是分子间力的微妙平衡的结果，如由下面的界面势所指示的。两个可变吸附层的范德华力可以从Dzyaloshinskiii-Lifshitz-Pitaevskii理论精确地公式化，并且可以导出远远超出常规Hamaker理论有效性的解析近似。计算方式：我们考虑了水蒸气在碘化银上的吸附平衡，当接近三相点时，冰和水层可以同时形成并竞争水蒸气。我们对这个复杂系统进行了Lifshitz理论的数值计算，并给出了与数值结果定量一致的解析近似。调查结果：在AgI/水/空气的三相接触线上，表面力促进了AgI/空气和水/蒸汽界面上的冰的生长，从而支持了AgI在大气中的接触成核模式。我们的方法提供了一个框架，在三相共存的吸附的描述，并允许对大气气溶胶的冰成核效率的研究。
2021-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Phase-field analysis of fracture in heterogeneous wellbore systems: effects of casing eccentricity and cement-formation interface strength
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；University of Southern California（南加州大学）
提出混合相场断裂框架模拟非均质井筒系统裂纹扩展，发现套管偏心降低起裂压力达30%，弱界面导致裂纹偏转并增加井筒失效风险。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci cs.CE cs.NA
Domain nucleation across the metal-insulator transition of self-strained V2O3 films
本研究表征了蓝宝石衬底上(001)取向自应变V2O3薄膜金属-绝缘体转变中的畴成核生长规律，发现绝缘畴从低应变顶部成核扩展、在距衬底50 nm处被阻滞留下底部金属层，为构建面外器件提供了新思路。
2023-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The Microscopic Features of Heterogeneous Ice Nucleation May Affect the Macroscopic Morphology of Atmospheric Ice Crystals
令人惊讶的是，水很难冻结。几乎所有在“温和”条件下（温度> -40摄氏度）形成的冰都需要成核剂的存在-一种促进冻结过程的固体颗粒-如粘土矿物粉尘，烟灰或细菌。在计算机模拟中，这种冰成核剂的存在不一定减轻与在可获得的时间尺度上形成冰相关联的困难。然而，在这项工作中，我们提出的结果从分子动力学模拟中，我们系统地比较均匀和非均匀的冰成核，使用大气中重要的粘土矿物高岭石作为我们的模型冰成核剂。从我们的模拟中，我们确实发现高岭石是一种优秀的冰成核剂，但与传统思想相反，冰的非基面可以在高岭石的基面上成核。我们看到，在液相中，高岭石表面对水的密度分布具有剧烈的影响，水形成致密的、紧密结合的第一接触层。监测水密度的时间演变揭示了远离界面的变化可能在成核机制中起重要作用。这项工作的结果表明，非均质冰成核剂不仅可以提高冰成核速率，而且还可以改变所形成的冰晶的宏观结构。
2014-04-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Liquid-Like Interfaces Mediate Structural Phase Transitions in Lead Halide Perovskites
结构相变的微观途径很难探测，因为它们发生在多个不同的时间和长度尺度上。使用$in$ $situ$纳米级阴极发光显微镜，我们可视化的热驱动过渡到钙钛矿相在数百个非钙钛矿相纳米线，解决了初始纳米级成核和随后的介观生长和量化的相传播的活化能。结合分子动力学的计算机模拟，我们揭示了转换不遵循一个简单的马氏体机制，并通过离子扩散通过两个结构之间的液体状界面进行。虽然阳离子是无序的，在这个液体状的区域，卤素离子保持实质性的空间相关性。我们发现，各向异性的晶体结构转化为更快的成核的钙钛矿相在纳米线的两端和更快的增长沿长的纳米线轴。这些结果代表了在纳米级操纵结构相设计材料性能的重要一步。
2019-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Nucleation of a stable solid from melt in the presence of multiple metastable intermediate phases: Wetting, Ostwald step rule and vanishing polymorphs
在许多系统中，稳定固体的成核可以在其他（通常多于一个）亚稳相的存在下发生。这些可以是多晶型固体或甚至液相。在这种情况下，从熔体中的固相的成核可以通过亚稳相来促进，因为后者可以“润湿”母相和子相之间的界面，即使在母液和稳定固相的热力学性质中可能没有亚稳相存在的标志。经典成核理论（CNT）的直接应用在这里是有缺陷的，因为它高估了成核势垒，因为表面张力被高估（通过忽略中间级的亚稳相），而子相和母相之间的热力学自由能隙保持不变。在这项工作中，我们讨论了一个密度泛函理论（DFT）为基础的统计力学方法来探索和量化这种促进。我们构建了一个简单的序参量依赖的自由能表面，然后使用DFT计算（i）序参量分布，（ii）整体成核自由能垒和（iii）之间的表面张力的母液和亚稳固体，也母液和稳定的固相。该理论确实发现，在润湿的存在下，成核自由能垒可以显着降低。这种方法可以提供一个微观解释的奥斯特瓦尔德步骤规则和著名的现象“消失的多晶型”，取决于温度和其他热力学条件。理论揭示了相变动力学的不同场景，其中一些可以通过现代纳米合成方法进行探索。
2013-04-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
History dependent nucleation and growth of the martensitic phase in a magnetic shape memory alloy Ni$_{45}$Co$_{5}$Mn$_{38}$Sn$_{12}$
通过磁化强度随时间的演化，研究了记忆合金Ni $_{45}$ Co $_{5}$ Mn $_{38}$ Sn $_{12}$体系中通过磁场（H）和T空间中不同路径产生的亚稳共存相的低温（T）动力学。结果表明，这些共存相组成的一部分动力学逮捕奥氏体相和低T平衡马氏体相的剩余部分进行缓慢的弛豫低磁化（马氏体）状态，但在相同的T和H有非常不同的热磁历史依赖率。我们发现，当马氏体相的形核是在低得多的温度下通过类玻璃态的去阻止而不是相应的一级相变（在高得多的温度下通过过冷）开始时，长时间弛豫速率与非平衡相分数成比例，但对温度的依赖性很弱。这是解释的基础上的H-T路径依赖的核的临界半径的大小和随后的增长的平衡相通过运动的界面。
2011-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A phase field electro-chemo-mechanical formulation for predicting void evolution at the Li-electrolyte interface in all-solid-state batteries
我们提出了一种预测全固态电池单元充放电过程中锂金属电极中空隙演化的机理理论。一个相场制剂开发模型空位湮没和成核，并使跟踪的空隙锂金属界面。这是再加上粘塑性描述的Li变形，捕捉蠕变效应，和占替代（体和表面）Li扩散和电流驱动的通量的传质配方。此外，我们将电极和固体电解质之间的相互作用，解决耦合的电化学力学问题在这两个领域。这使得能够预测电解质电流分布，从而预测局部电流“热点”的出现，其充当枝晶形成和细胞死亡的前体。理论框架的数值实现，并进行了单和多个空隙的情况下，研究预测的演变的空隙和电流热点的功能所施加的压力，材料的性能和收费（幅度和周期的历史）。对于电镀和剥离，洞察到体扩散，锂溶解和沉积，蠕变，和成核和湮灭的空位之间的相互作用。该模型捕捉的主要实验观察，不仅包括电解质电流和空隙形态的关键特征，但也对所施加的电流的敏感性，压力的作用，增加电极-电解质接触面积，和蠕变空位扩散的主导地位。
2022-06-29 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.app-ph
