Compressive deformation of Fe nanopillar : Modalities of dislocation dynamics
与拉伸模式不同，体心立方金属纳米结构的压缩变形是由螺旋位错的滑移介导的。虽然体心立方螺旋位错具有不寻常的属性，但这些独特的效应如何在纳米级固体中表现出来仍不清楚。在本研究中，原子模拟呈现在体心立方铁纳米柱的压缩变形的位错活动的密切关注。结果发现，而不是执行简单的滑移运动，线缺陷表现出一系列复杂的功能。在这方面，观察到温度对位错机制具有显著影响，因此对材料的整体塑性响应具有显著影响。此外，已探索的负荷-应变数据的统计特征。
2016-08-03 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
Atomistic-informed phase field modeling of magnesium twin growth by disconnections
本文利用分子动力学模拟标定相场模型，模拟镁中{10-12}孪晶通过断错介导的生长过程，并引入各向异性界面迁移率与运动阈值，结果在孪晶尺寸、形状及动力学行为上与原子模拟和实验观测一致。
2024-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Fcc -> bcc phase transition kinetics in an immiscible binary system: atomistic evidence of the twinning mechanism of transformation
基于准粒子（QA）方法进行了广泛的原子模拟，以确定在一个二元系统中的位移fcc/bcc相变的重要方面。我们表明，QA是能够预测的fcc/bcc相变的主要结构特征，包括在fcc矩阵的bcc核的生长，并最终形成的内部孪生结构组成的两个变种与Kurdjumov-Sachs取向关系。在原子水平上，我们确定了孪晶界面和面心立方/体心立方界面的缺陷结构，并确定了其传播的主要机制。结果表明，孪晶界是通过fcc中螺旋位错沿α方向的扩展而扩展<-1-11>的，而fcc中螺旋位错沿共格台阶边缘的扩展是fcc/bcc转变的关键矢量。将模拟结果与我们在Cu-Fe-Co系统中观察到的富Fe bcc孪晶颗粒镶嵌在fcc富Cu基体中的TEM和HRTEM结果进行了比较。
2021-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of twin boundary effect on the crack growth behaviour in BCC Fe
本文采用分子动力学模拟研究了孪晶界对体心立方铁单晶裂纹扩展行为的影响。研究了（111）$<$ 110 $>$（裂纹面/裂纹前缘）取向的原子级尖锐裂纹在恒应变速率下的扩展。为了研究孪晶界对裂纹扩展行为的影响，在垂直于裂纹扩展方向上引入了单个和多个孪晶界。结果表明，体心立方铁单晶中的（111）$<$ 110 $>$裂纹以脆性方式扩展。然而，随着孪晶界的引入，在裂纹尖端观察到明显的塑性形变。此外，增加孪晶界的数量增加了塑性形变的量，导致更好的抗裂性和高的失效应变。最后，一个有趣的关系已经观察到裂纹扩展速率和流动应力之间。
2021-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Size effects on dislocation starvation in Cu nanopillars : A molecular dynamics simulations study
本研究通过分子动力学模拟探究不同尺寸<110>晶向Cu纳米柱的压缩变形，明确了位错匮乏的发生尺寸范围、频率及对塑性应变的贡献，揭示其为小尺寸纳米柱的主导变形相关现象。
2023-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Twin interaction with $Σ$11 tilt grain boundaries in BCC Fe : Formation of new grain boundaries
孪生是纳米晶材料塑性形变的一种重要方式。因此，预期在塑性形变期间，孪晶可与不同的晶界（GB）相互作用。了解这些双GB相互作用是至关重要的，我们了解材料的力学行为。在这项工作中，不同的$Σ$ 11对称和非对称倾斜GB的BCC Fe中的孪晶相互作用进行了分子动力学（MD）模拟。结果表明，孪晶从裂纹或晶界处形核，并与$Σ$ 11个非对称倾斜晶界相互作用，形成新的晶界。该新GB由$<$ 100 $>$ Cottrell型固定位错组成。详细的原子机制，负责这个新的GB形成已被揭示使用原子模拟。有趣的是，在与$Σ$ 11对称倾斜GB的孪晶相互作用的情况下，没有观察到新的GB形成。
2022-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Effect of shape on mechanical properties and deformation behavior of Cu nanowires: An atomistic simulations study
本文通过原子模拟比较三角形、正方形、五边形、六边形和圆形[100] Cu纳米线，揭示形状对屈服强度、变形机制及失效应变的影响。
2023-09-26 cond-mat.mtrl-sci
The structure and migration of twin boundaries in tetragonal $β$-Sn: an application of machine learning based interatomic potentials
本文开发并公开适用于 Sn 的 MTP 与 RANN 机器学习原子间势，结合 TEM、原子模拟和双晶学揭示 β-Sn 孪晶界刻面结构及剪切耦合迁移机制。
2025-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Self-Healing Mechanisms in Shape Memory Ceramics
形状记忆（SM）陶瓷，例如氧化钇稳定的四氧化锆（YSTZ），是一种独特的SM材料家族，其提供独特的性质，包括超高工作温度和高耐化学腐蚀性和氧化性。然而，通常在SM陶瓷中在制造过程中和/或通过机械变形观察到缺陷的形成。为了充分利用这些陶瓷的SM性能，有必要充分了解外部刺激下缺陷的纳米结构演变。在这项研究中，缺陷闭合行为在YSTZ纳米柱的原子模拟研究。选择[011-]和[001]两个特征取向分别代表相变和位错迁移的主要变形机制。随着裂纹和空洞的存在，纳米柱的强度和屈服应变显著降低，特别是对于[011-]取向的YSTZ纳米柱。观察到与四方晶系到单斜相转变相关的体积膨胀促进裂纹和空隙的愈合。原子应力分析揭示了沿着新形成的单斜相带的应力集中。确定了一个临界裂纹宽度，小于该宽度裂纹在压缩时可以完全闭合。尺寸效应研究表明，纳米柱尺寸的增加对裂纹自愈合行为有积极的影响。对于[001]取向的YSTZ纳米柱，位错迁移导致非晶相的形成，这也有助于裂纹和空隙闭合过程。揭示的裂纹/空洞愈合机制可能提供了一个路径，以减轻内部缺陷，影响SM陶瓷的机械性能和变形机制。
2018-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation of twinning dislocation loops in fcc metals
面心立方金属中的形变孪晶在其形变机制图中占有不可或缺的位置，它只在特定的材料特性、微观结构和载荷条件下才发生。然而，专门的研究很少进行，以探讨介导这一过程的孪晶位错的基本属性。在这里，我们采用原子计算和连续模拟相结合的方法来研究面心立方晶体结构金属中孪晶位错环的成核。除了传统的层-层孪晶形核模型外，本文还研究了新提出的交替剪切机制，确定了孪晶环形核的能垒和剪切应力。我们发现后一种机制的形核应力小于前一种机制。该研究还强调了临界回路尺寸和分数Burgers矢量与施加的剪切载荷的非均匀变化。
2020-10-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Core-structure and lattice resistance of twinning dislocations in fcc metals
具有面心立方结构的金属在特定条件下可能会表现出形变孪晶，这是它们形变行为中一个有趣但有些难以捉摸的方面。众所周知，这种现象是通过孪晶部分位错的活动而发生的。然而，缺乏一个全面的了解，他们的基本性质阻碍了详细的多尺度模型的发展，在fcc金属晶体塑性。在这里，我们探索的核心结构和晶格摩擦的孪晶偏通过原子告知数值模拟。为此，我们选择了四个面心立方晶体具有广泛不同的堆垛层错能。利用半离散变分Peierls-Nabarro模型计算了刃型和螺型孪晶位错的芯宽和Peierls应力。除了传统的层-层孪晶成核模型外，最近提出的交替剪切模型也被研究。在后一种情况下，已经观察到负稳定的故障能量，这是足够大，以克服Peierls障碍。这项研究还强调了将表面校正的意义，没有它会导致高估的孪晶位错的内在晶格电阻。
2020-08-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Machine learning of twin/matrix interfaces from local stress field
孪晶是六方密排材料塑性变形的一种重要变形方式。在纳米尺度上极高的孪晶生长速率使原子模拟成为一种有吸引力的方法，用于研究单个孪晶/基体界面（如孪晶边界和基底-棱柱界面）在孪晶生长动力学中的作用。不幸的是，有没有一个单一的框架，让研究人员区分这样的接口自动，无论是在实验原位透射电子显微镜分析图像，也不是在原子模拟。此外，合金元素的存在会给局部原子环境带来大量噪声，使得几乎不可能识别哪些原子属于哪个界面。在这里，借助先进的机器学习方法，我们提供了一种概念验证的方法，使用局部应力场分布作为界面存在和确定其类型的指标。我们应用这样的分析，在Mg-10的双胚胎的生长。铝合金在恒定应力和恒定应变条件下，分别对应于两个极端的高和低应变率。我们发现，这种增长的动力学是由高能量的基底棱柱接口，在我们的实验观察纯镁。
2023-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic modelling of all dislocations and twins in HCP and BCC Ti
本研究使用Deep Potential和DFT确定了HCP和BCC Ti中所有位错核心与孪晶界面的性质，揭示了不同位错的滑移、稳定性与不可动特征，为Ti的塑性变形提供了完整自洽的图景。
2022-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale modeling of twinning disconnections in zirconium
在原子尺度上，通过模拟孪晶边界上可能存在的各种断开，研究了六方密排锆中的孪晶生长。由于与弹性理论的耦合，核心能量从原子模拟中提取，并定义了孤立断开偶极子的形成能。对于可以存在多个断开的孪生系统，由于这种核心贡献，最稳定的断开并不总是具有最小Burgers向量的断开。晶体学参数的断开与最低的形成能量相关以及与实验观察到的孪生模式。另一方面，断开迁移，其特征在于这里通过计算其迁移能量和Peierls应力，并没有出现关键的孪生模式选择。
2017-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Nanotwin Effect on Thermal Boundary Conductance in Bulk and Single-Nanowire Twinning Superlattices
共格孪晶界在各种各样的半导体纳米线中形成周期性的层状孪晶，并且通常被视为具有减少的声子和电子散射行为的接近完美的界面。这种独特的特性对于高性能热电和光电子学具有实际意义;然而，对孪晶尺寸对热边界电阻的影响的理解不足，对潜在的应用造成了重大限制。在这里，使用原子模拟和从头计算，我们报告直接的计算观察，显示从扩散界面散射的交叉超晶格的行为跨越纳米级孪晶边界的热传输存在于原型体和纳米线硅的例子。本征界面散射被确定为双周期大于或等于22.6 nm，但也消失在这个尺寸以下，以取代由Kapitza热导。振动模式的详细分析表明，建模孪晶界原子薄的6 H-Si层，而不是声子散射界面，提供了一个准确的描述有效的跨平面和面内的孪生超晶格的热导率，作为一个函数的孪晶周期厚度。
2016-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Interaction between deformation twinning and dislocation slip in polycrystalline solids
形变孪晶是一种常在低对称性晶体中观察到的永久形变形式，例如六方密堆积（hcp）金属。由于镁等高强度金属的高强度与重量比，近年来在结构、汽车和装甲应用中对使用镁等高强度金属的兴趣增加，因此需要全面了解变形孪晶及其与位错滑移的相互作用。在微观层面上，通过原子模拟，单个位错与孪晶界相互作用，在宏观层面上，通过忽略形态学并将孪晶视为“伪滑移”，已经学到了很多东西。然而，孪晶在多个晶粒上共同形成，具有影响整体行为的复杂形态。这些中尺度方面的研究较少，是本文的重点。我们提出了一个模型，描述了孪晶和滑移形态，其演变，并在一个统一的方式在几个晶粒的尺度上的相互作用，并用它来研究宏观行为的影响。其主要思想是将孪生的相场模型与滑移的晶体塑性模型相结合，并在图形处理单元上并行实现，以实现快速计算。
2022-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Nonlocal Linear Instability Drives the Initiation of Motion of Rational and Irrational Twin Interfaces
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
研究通过原子尺度分析，揭示非理性孪晶界面因非局部线性不稳定性在更低剪切应力下起始运动，且其运动机制包含垂直于整体孪晶界面的微孪晶形成。
2026-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Proliferation of Twinning in HCP Metals: Application to Magnesium
金属合金的塑性形变通常通过滑移发生，但偶尔也会发生孪晶。特别是，孪晶在六方密堆积材料中是重要的，其中易滑移系统不足以容纳任意变形。虽然通过滑移机制的变形是相当好的理解，仍然知道较少的孪生变形。事实上，相关的孪生模式的识别仍然是一门艺术。在本文中，我们开发了一个通用的框架相结合的基本运动学定义的双胞胎与大规模的原子计算来预测晶体材料的孪生模式。我们应用这个框架，镁有两个公认的孪生模式-张力和压缩，但一些异常的观察。令人惊讶的是，我们的框架表明，有一个非常大量的孪生模式是重要的变形过程中的镁与异常观测一致。因此，在传统的观点，其中塑性形变是运动学划分之间的几种模式，我们的研究结果认为，在HCP材料的物理变形是由许多可能性之间的能量和动力学的竞争。因此，我们的研究结果表明，常用的变形物理模型需要重新审视，以考虑到更广泛和更丰富的各种孪生模式，并可能指出改善机械性能的新途径。
2017-08-04 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
Atomistic Processes of high-temperature plastic deformation of nanoscale body-centered cubic tungsten
该研究开发基于电流诱导焦耳热的原位高温纳米力学测试方法，揭示钨纳米晶体在高温拉伸中依次发生形变孪晶、BCC-FCC-BCC相变和完整位错滑移。
2023-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Grain segmentation in atomistic simulations using orientation-based iterative self-organizing data analysis
TU Bergakademie Freiberg（弗莱贝格工业大学）；Forschungszentrum Juelich GmbH（于利希研究中心）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
原子模拟现在已经成为理解原子尺度材料变形机制不可或缺的工具。大规模模拟经常用于研究纳米尺度下多晶材料的行为。在这项工作中，我们提出了一种使用无监督机器学习算法的原子结构的颗粒分割方法，该算法根据原子的方向将原子聚类为单个颗粒。所提出的方法，称为Orisodata算法，是基于迭代自组织数据分析技术，并修改工作在方向空间。在未变形和变形状态下的122晶粒纳米晶薄膜样品上演示了该算法的工作。Orisodata算法还与开源可视化工具Ovito中的其他两种颗粒分割算法进行了比较。结果表明，Orisodata算法能够正确识别变形孪晶以及由小角度晶界分离的区域。模型参数具有直观的物理意义，与实验中使用的相似阈值相关，这不仅有助于获得最佳值，而且便于解释和验证结果。
2021-12-06 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Ductility and Brittle Fracture of Tungsten by Disconnection Pile-up on Twin Boundaries
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of California Irvine（加州大学尔湾分校）；University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Lehigh University（理海大学）；Northwestern University（西北大学）
研究单晶钨柱在初始缺陷微结构、变形条件和温度下的延性与断裂行为，揭示位错耗竭、孪晶生成及孪晶界钉扎导致裂纹萌生与扩展的微观机制。
2026-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Orientation-dependent deformation mechanisms of bcc niobium nanoparticles
纳米粒子通常表现出明显的各向异性特性，对原子尺度变形机制的深入了解具有极大的兴趣。在本研究中，原子模拟进行分析的体心立方纳米粒子的压缩，和取向相关的功能得到解决。结果表明，压头下的表面形貌主要支配初始弹性响应。[110]压缩载荷曲线遵循平凸模接触模型，而[111]和[001]压缩载荷曲线遵循赫兹接触模型。在塑性形变区，[110]压缩以全位错滑移为主，[111]压缩以形变孪晶为主，[001]压缩两种机制并存。这种变形机制是不同的块体晶体在纳米压痕和纳米柱在压缩下的变形机制，并阐明了主要的区别。我们的研究结果提供了一个原子的角度来看，体心立方纳米粒子的力学行为，并有助于基于纳米粒子的组件和系统的设计。
2017-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Shear Deformation of Nonmodulated Ni$_2$MnGa Martensite: An Ab Initio Study
本研究通过从头算模拟揭示Ni2MnGa非调制马氏体的剪切变形机制，发现Mn含量增强稳定性，纳米孪晶双层降低能垒并促进马氏体间相变。
2024-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Topological changes and deformation mechanisms of nanoporous Ta under compression
本研究通过原子尺度模拟揭示了纳米多孔钽在压缩下的力学性能、变形机制及拓扑变化，发现塑性由位错主导并伴随孪晶与空位形成，且亏格演化与应力-应变各阶段直接相关。
2024-02-19 cond-mat.mtrl-sci
