Graphene Layer Morphology as an Indicator of the Metals Alloy Formation at the Interface
石墨烯-金属界面中不同物质的插层被广泛用于稳定不同材料的人工相。然而，在客体金属插入上形成表面合金仍然是一个悬而未决的问题，这对于制造具有所需性能的石墨烯基界面非常重要。在这里，广泛研究的界面的石墨烯与Ru（0001）和Ir（111）进行了修改，使用插入薄Mn层，并通过扫描隧道显微镜（STM）伴随着密度泛函理论（DFT）计算，再现了观察到的实验数据进行了研究。发现Mn在Ru（0001）上形成了一个假晶层，并位于强烈弯曲的石墨烯层之下。在石墨烯/Ir（111）中的Mn嵌入的情况下，在平坦石墨烯层下方的第一Ir层下方形成MnIr合金的掩埋薄层。这种意想不到的观察解释的基础上的Mn-Ru和Mn-Ir系统的相图图片，以及通过比较计算的总能量为各自的接口。我们的研究结果揭示了石墨烯-金属界面处合金形成机制的理解，并展示了其为未来石墨烯应用制备定制界面的潜力。
2021-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Phase Boundary Segregation in Multicomponent Alloys: A Diffuse-Interface Thermodynamic Model
微合金化元素倾向于偏聚到基体-沉淀相边界以降低界面能。偏析机制正在成为一种新的设计策略，用于开发具有显着改善的抗高温应用粗化性的沉淀硬化合金。在本文中，我们报告了一个纳米级的扩散界面热力学模型，描述在两相置换合金中的多元偏析行为。遵循晶界的经典方法，我们采用正规溶液热力学建立偏析等温线。我们发现，该模型恢复古特曼多组分等温线描述当地的界面浓度，和广义吉布斯吸附等温线，管理的总溶质过剩和界面能。一个模型的两相四元合金的多元偏析行为的各种表现。界面参数的性质和由此产生的解析解使模型适合参数化和比较与原子计算和实验表征。
2022-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Interface characteristics in an α+β titanium alloy
通过对称中心分析研究了Ti-6Al-2Sn-4 Zr-6 Mo（Ti-6246）中的α/β界面，包括生长态和10%冷加工后的α/β界面。在生长条件下，在4.5 +/-1.13个原子的间距处观察到半相干界面台阶，与理论预测（4.37个原子）非常一致。观察到晶格调节，沿着[-1 2 -1 0] α伸长，沿着[1 0 -1 0] α收缩。变形α表现出较大的，不太连贯的步骤与滑移带躺在{110} β。这表明晶界处的位错堆积，这是球化的前体，提供了对变形处理对界面的影响的洞察，这对于钛合金加工路线设计是重要的。
2019-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Solving Free Boundary Problems in Alloy Solidification under Universal Cooling Conditions
针对合金凝固的经典自由边界问题，本文提出融合锐界面与弥散界面模型的方法，通过行波相场方程、中间障碍概念及过冷度平坦化，在低计算成本下实现了逼近解析解的界面动力学模拟。
2024-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Optimizing phonon scattering by tuning surface-interdiffusion-driven intermixing to break the random-alloy limit of thermal conductivity
利用非平衡分子动力学模拟结合光谱热流计算，研究了超晶格（SL）的跨面热导率$κ$随界面从完全突变到完全混合的演化.我们强调的作用，表面相互扩散驱动的混合通过计算的$κ$ SL与变化的界面粗糙度，其调整允许的$κ$值远低于“合金极限”和突然的界面极限在相同的情况下。不同频率范围内合金和界面散射之间的相互作用为预测热导率的最小值提供了物理基础。更具体地说，我们还探讨了界面粗糙度如何影响SL材料的热导率具有广泛的原子质量和键强度的跨度。特别地，我们发现：（i）只有当SL的“间隔物”厚度增加到临界值时，粗糙SL的$κ$才能突破相应的“合金极限”。(ii)$κ$是否随界面粗糙度单调变化，在很大程度上取决于SL材料的声子输运周期长度和本征行为。特别地，对于大周期的SL，存在一个最佳的界面粗糙度，使热导率最小。(iii)表面相互扩散驱动的混合是更有效地实现低$κ$低于合金极限的SL材料与大的质量失配比小。(iv)对于具有大晶格失配的SL材料（即，结合强度）来设计具有远低于“合金极限”的$κ$的理想突变界面结构。这些结果对优化热传输的热管理和热电材料的发展具有明确的意义。
2019-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Spin-Orbit Torque Engineering in β-W/CoFeB Heterostructures via Ta and V Alloying at Interfaces
自旋轨道矩是自旋电子器件中一种很有前途的磁化翻转机制，它表现为在非磁性金属和铁磁界面上累积的自旋极化矩。为了在实践中充分利用这一点，具有高自旋霍尔角的材料，即，电荷-自旋转换效率是必不可少的。迄今为止，很少有方法设计新的非晶态金属合金。此外，新材料需要与半导体加工兼容。在这里，我们介绍了W-Ta和W-V合金，并将它们部署在$β$ -W/CoFeB层之间的界面处。首先，通过第一性原理能带计算，计算了不同组分的W-Ta和W-V结构的自旋霍尔电导率，预测了W-V合金的自旋霍尔电导率从W的$-0.82 \times 10^3$ S/cm提高到$-1.98 \times 10^3$ S/cm。随后，异质结构的制造和自旋-轨道力矩特性的实验表征。通过使$β$ -W与浓度为20原子%的V合金化，我们观察到自旋霍尔电导率的绝对值的大的增强，高达$-(2.77 \pm 0.31) \times 10^3$ S/cm。通过X射线衍射和扫描透射电子显微镜的分析，进一步解释了自旋-轨道力矩效率的提高是由于W和CoFeB之间的W-V合金。
2021-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Silver segregation to θ' (Al2Cu)-Al interfaces in Al-Cu-Ag alloys
用高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）观察了Al-Cu-Ag合金中θ'（Al 2Cu）析出相。沉淀物在位错环上形核，位错环上存在γ'（AlAg 2）沉淀物聚集体。这些位错环在θ'沉淀之前富集银。铝基体和θ'沉淀物之间的共格平面界面被两个原子层厚的银层装饰。这一层降低了Al-θ'界面能的化学成分。θ'相的横向生长伴随着银双层的扩展，导致相邻γ'相的银损失，并导致γ'相聚集体的劣化。
2012-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial Accommodation as a Candidate Ductility Pathway in Intermetallic-Rich Alloys
Merrimack College（梅里马克学院）
本研究提出原子级界面适配量化框架，通过分子动力学模拟揭示金属间化合物界面可同时承力与再分配应变，为耐损伤结构材料设计提供关键依据。
2026-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Strong perpendicular magnetic anisotropy energy density at Fe alloy/HfO2 interfaces
研究了重金属（HM）/ Fe合金/MgO薄膜异质结构在Fe合金和MgO之间插入一层HfO 2钝化层后的垂直磁各向异性（PMA）行为。这是通过在随后的MgO层的射频溅射沉积之前在Fe合金上沉积一到两个Hf原子层来实现的。该Hf层在MgO层的后续沉积期间被完全氧化，如通过X射线光电子能谱学测量所证实的。结果，可以在没有任何制造后退火处理的情况下实现强的界面垂直各向异性能量密度，例如Ta/Fe 60 Co20 B20/HfO 2/MgO异质结构的1.7 erg/cm ^2。根据HM，PMA的进一步增强可以通过热退火到至少400 C来实现。我们发现，超薄HfO 2层提供了一系列的选择，用于增强磁异质结的磁性能的自旋电子学应用。
2017-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Effects of temperature gradient on the interface microstructure and diffusion of diffusion couples: phase-field simulation
采用相场模拟方法，研究了不同成分的亚稳合金在初始时效过程中产生的扩散偶，在温度梯度、浓度差和初始时效时间的相互作用下，扩散偶中的时间界面微观结构和扩散行为。成分的时间演变和分离相的体积分数指示了在温度梯度下元素通过界面的扩散方向。增大的温度梯度在界面两侧诱导出较宽的单相区。无论扩散方向是向上还是向下，都是通过界面向上扩散。对于初始时效时间较短的合金，伴随着互扩散的相变导致平直界面两侧为单相区。与温度梯度相比，扩散偶的成分差异和合金的初始时效时间对扩散和界面组织的影响更大。
2015-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional electron-gas-like charge transport at magnetic Heusler alloy-SrTiO$_3$ interface
我们报道了在（001）SrTiO $_3$上生长的Co $_2$ MnSi和Co $_2$ FeSi外延膜中显著低的剩余电阻率、巨大的剩余电阻率比、类自由电子霍尔电阻率和高迁移率（$\approx$ 10 $^4$ cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$）电荷输运。这种不寻常的行为是没有观察到的薄膜沉积在其他立方氧化物基板的晶格参数相当。缩放的电阻率与膜的厚度允许提取的界面电导，这可以归因于一层氧空位限制在1.9 nm的界面内，如原子分辨电子显微镜和光谱所揭示的。在完全自旋极化金属的界面处观察到的高迁移率输运对于自旋电子学应用具有潜在的重要性。
2013-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Interface-dominated Growth of a Metastable Novel Alloy Phase
发现在磁控溅射沉积的Au/Cu多层膜界面上生长了一种新的\textit{D0$_{23}$}亚稳相Cu $_3$ Au。这种新型合金相的形成程度取决于主要由所使用的直流磁控管的沉积瓦数决定的界面宽度的最佳范围。这种界面限制生长被用来生长$\sim$ 300 nm厚的Au/Cu多层，每层的厚度几乎等于从二次离子质谱（SIMS）数据获得的最佳界面宽度。观察到这种生长技术在相当大的程度上增强了新型合金相的形成。SIMS深度分布也表明对应于Cu $_3$ Au的质量碎片占据整个膜，而X射线衍射（XRD）显示几乎所有属于\textit{D0$_{23}$}结构的强峰。高分辨率的横截面透射电子显微镜（HR-XTEM）显示了接近完美的生长的各个层，也在界面区域的合金相的晶格图像。合金膜的真空退火和XRD研究表明，在$\sim$ 150 $^{\circ}$ C下，\textit{D0$_{23}$}相稳定。讨论了界面约束的作用、界面应变与自由能的相互作用以及溅射过程中产生的超高温物种。
2005-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Interface mediated mechanisms of plastic strain recovery in AgCu alloy
通过结合变形显微组织的透射电子显微镜分析和变形过程的分子动力学计算机模拟，揭示了银铜层之间的非相干孪晶或立方对立方界面和双层厚度为500 nm的大块AgCu共晶的塑性应变恢复机制。非相干孪晶界面的字符改变独特的动态压缩加载后表现出塑性应变恢复的样品，并被发现驱动恢复，这是由于位错回缩和重排的接口。随着应变的增加，位错缠结和位错胞结构的形成，回复的幅度减小。在立方对立方界面处没有发现取向关系的变化，并且这些在模拟中表现出较少量的塑性应变恢复，并且在具有较大层厚度且主要是立方对立方界面的样品中没有实验。分子动力学计算机模拟验证了非相干孪晶界面结构的变化作为位错湮灭在界面和塑性应变恢复的驱动力的重要性。
2017-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Energy and morphology of martensite-twinned martensite interface in CuAlNi shape memory alloy: a phase-field study
本研究采用相场方法模拟CuAlNi合金中马氏体-孪晶马氏体界面的过渡层形态，分析界面能和弹性微应变能，发现孪晶间距影响形态，特定孪晶体积分数引发孪晶分叉以最小化自由能。
2023-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field modelling of solute trapping during rapid solidification of a Si-As alloy
采用相场模型研究了快速凝固条件下生长固体的非平衡溶质捕获效应。考虑扩散固液界面上的连续稳态浓度分布，在相场的背景下引入了一个新的非平衡分配系数的定义。这个定义导致，特别是高增长速度，以更好地描述现有的实验数据相比，与其他扩散界面和尖锐的界面预测。
2006-10-09 cond-mat.mtrl-sci
An Environment-dependent Semi-Empirical Tight Binding Model Suitable for Electron Transport in Bulk Metals, Metal Alloys, Metallic Interfaces and Metallic Nanostructures I - Model and Validation
半经验紧束缚（Semi-Empirical Tight Binding，TB）是一种可扩展的精确的原子表示，用于可能包含数百万个原子的实际扩展的纳米尺度半导体器件的电子输运。在本文中，环境感知和可转移TB模型适用于电子结构和输运模拟技术相关的金属，金属合金，金属纳米结构和金属界面系统的描述。本文的第一部分描述了新的TB模型的开发和验证。新模型采用了原子内对角和非对角元素，以实现隐含的自一致性和更大的跨键合环境的可转移性。应变的现场能量的依赖性已通过呼吁矩定理，连接系统中的封闭电子路径的角动量分解的局部态密度从头计算获得的能量矩。该模型与具有应变和不具有应变的体FCC金属、金属合金、金属界面和金属纳米结构的自洽DFT电子结构结果具有高精度，并且可以用于预测金属系统中实际扩展长度尺度的电子结构和输运问题
2013-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Tracing magnetic atom diffusion with annealing at the interface between CoMn alloy and MnGa layer by X-ray magnetic circular dichroism
利用X射线磁性圆二色性（XMCD）分析研究了退火过程中CoMn合金与MnGa层界面上磁性原子的扩散。我们发现，在bcc CoMn的自旋耦合平行于垂直磁化MnGa层的生长条件下，而后退火调制的界面磁耦合反铁磁的Co。在每个吸收边的元素特定的磁滞曲线揭示了大的矫顽场在Mn和Co通过与MnGa的交换耦合。通过透射电子显微镜分析，退火后XMCD谱线形状的变化与促进Mn和Co2 MnGa层形成的界面反应有关。Mn原子的界面扩散调制Mn和Co位点之间的磁交换耦合，并反转垂直磁化的方向。
2022-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Interaction of $\langle a \rangle$ prismatic screw dislocations with the $α-β$ interface side face in $α-β$ Ti alloys
本研究采用分子静力学和动力学模拟，揭示了$\alpha-\beta$钛合金中$\langle a \rangle$棱柱型螺位错跨界面侧面的滑移传递机制及各向异性阻碍根源。
2023-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic Stabilization of Precipitates through Interface Segregation: Chemical Effects
沉淀硬化依赖于高密度的金属间沉淀物，是用于强化结构合金的常用技术。结构合金通常通过高密度的小尺寸金属间沉淀物来强化。然而，在高温下，沉淀物粗化以减少界面的过量能量，导致由沉淀物提供的强化显著降低。在某些三元合金中，二次溶质偏析到界面并导致形成高密度的纳米尺寸沉淀物，其提供增强的强度并抵抗粗化。为了了解所涉及的化学效应，并确定这样的系统，我们开发了一个热力学模型的框架下，定期纳米晶溶液模型。对于不同的整体成分、温度和热力学参数，通过最小化相对于特定区域（本体固溶体、界面和沉淀物）浓度和尺寸的吉布斯自由能函数来评估Mg-Sn-Zn合金的平衡构型。结果表明，Mg/Mg $_2$ Sn界面Zn偏析可使Mg $_2$ Sn析出相稳定在纳米尺度，提高Zn浓度可使析出相稳定，防止高温下的粗化。再加上列入弹性应变能的影响和输入的计算知情的界面热力学参数在未来，该模型预计将提供一个更现实的预测偏析和沉淀物稳定的三元合金的结构的重要性。
2017-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Relation Between Bulk and Interface Descriptions of Alloy Solidification
从一个简单的散装模型的一维稳态凝固的稀二元合金，我们得到一个界面描述，允许任意值的生长速度。我们的推导导致在界面处的通量和力的精确表达式和一组Onsager系数。此外，我们发现了一个连续的对称性，它出现在低速区，并删除了Onsager符号和对称性。一个例子是在结晶通量-力关系中有时负摩擦系数的产生。
2012-07-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Quantitative Phase Field Model of Alloy Solidification
我们提出了一个详细的推导和薄界面分析相场模型，可以准确地模拟微观结构的斑图形成的低速定向凝固的稀二元合金。相对于先前的相场模型的这一进步是通过在质量守恒关系中添加唯象的“反捕获”溶质流来实现的[A。Karma，Phys. Rev. Lett 87，115701（2001）]。这种反捕获电流抵消物理，虽然人为的大，溶质捕获效应时产生的介观界面厚度被用来模拟实验长度和时间尺度上的界面演变。此外，当固体和液体中的扩散率不相等时，它在模型中提供了额外的自由度，以抑制与该厚度成比例的其他虚假效应[R. F. Almgren，SIAM J. Appl. Math 59，2086（1999）]，其包括表面扩散和对Stefan条件的曲率校正。这种自由度也可以用来使界面的动力学过冷度任意小，甚至对于界面厚度和相场弛豫时间的介观值也是如此，就像对于纯熔体的凝固一样[A.卡玛和W J. Rappel，Phys.Rev.E53，R3017（1996）]。该模型的性能表明，通过精确计算的第一次内的相场方法的Mullins-Sekerka稳定性谱的平面界面和非线性细胞的形状为现实的合金参数和生长条件。
2004-07-27 cond-mat.mtrl-sci
The effect of the interface energy on pattern selection in alloy solidification: A phase-field study
凝固结构是由不可逆过程产生的耗散结构，对模式选择的透彻理解对于控制凝固结构是必要的。本文采用相场模型模拟了不同择优晶向下的凝固过程。研究了溶质偏聚对界面能的影响，以及界面能对图形选择的影响。在初始阶段，溶质偏聚影响界面能，决定了平面界面的不稳定性。在平面-蜂窝转变（PCT）的详细演变期间，表面刚度主导该阶段。在PCT阶段，溶质偏聚程度高是指界面能低，导致在一次枝晶尖端后出现侧枝。在稳态阶段，界面的总体传播速度是相同的，而在不同的PCO模拟的尖端速度是不同的。不同的尖端速度导致不同的界面形态演化。分别讨论了整体耗散系统和局部自由能的观点。本文论证了溶质偏聚对界面能的影响，以及界面能对模式选择的影响。
2022-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Engineering liquid-liquid interfaces for high-entropy alloy synthesis
本研究通过工程化液-液界面，在温和条件下实现了高熵合金的合成，可控制结晶度、形貌和成分多样性，并揭示了氢增强混合与等温凝固的动力学机制。
2024-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exploring the transfer of plasticity across Laves phase interfaces in a dual phase magnesium alloy
Mg-Al合金中Laves相骨架的形成可大大改善其力学性能，特别是蠕变性能。最近的纳米力学研究表明，塑性位错滑移（Mg，Al）$_2$钙Laves相，即使在室温下。作为强化骨架，该相在低温下仍然是脆性的。在这项工作中，我们提出的实验证据的滑移转移从Mg基体的（Mg，Al）$_2$钙骨架在室温下，并探索相关的机制，通过原子模拟。我们确定了两种可能的机制转移镁基滑移到Laves相取决于晶体取向：直接和间接滑移转移触发的全部和部分位错，分别。我们的实验和数值观察也突出了界面滑动的重要性，可以防止塑性从一个阶段转移到另一个。
2021-02-12 cond-mat.mtrl-sci
The role of solute concentration in interface instability during alloy solidification: A viewpoint from the free energy
凝固组织是由界面过程与热、溶质输运过程的相互作用决定的。本文研究了定向凝固中的平面不稳定性。首先，模拟了生长初期的界面演化过程，表明平面不稳定性表现为从平面到胞状的转变。其次，为了表示凝固的历史依赖性，在模拟中使用恒定的热梯度G和变化的拉速VP。结果表明，冷却速率R（= G*VP）控制界面的整体传播速度，以维持局部热力学平衡。溶质偏聚通过改变界面处的过剩自由能和相应的界面能来决定界面的稳定性。最后，对具有不同择优取向的晶粒进行了模拟，结果表明表面能及其各向异性不影响溶质扩散和平面生长。同时也验证了溶质偏聚影响界面能，导致界面不稳定的结论。另一方面，对于平面-胞状转变，最小表面刚度准则比最大表面能准则更适用。溶质浓度对过剩自由能和界面能的影响可以应用于其他由界面不稳定性引起的凝固模式，这将在未来进行研究。
2022-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio determined electronic and magnetic properties of half-metallic NiCrSi and NiMnSi Heusler alloys; the role of interfaces and defects
利用最先进的第一性原理计算，我们研究了铁磁Heusler化合物NiYSi（Y代表V，Cr或Mn）的性质。与NiVSi相反，NiCrSi和NiMnSi在其平衡晶格常数下是半金属的，表现出总自旋磁矩的整数值，因此我们集中在这两种合金上。少数自旋带隙具有与公知的NiMnSb合金相同的特性，约为$\sim$ 1 eV。四方化后，即使面外晶格参数膨胀或收缩5%，能隙也存在于态密度中。Cr-Cr和Mn-Mn相互作用使NiMnSi的铁磁性非常稳定，居里温度超过1000 K。与GaP、ZnS和Si半导体的表面和界面不是半金属的，但在NiCrSi的情况下，Ni基接触在费米能级处呈现超过90%的自旋极化。最后，我们表明，有两种情况下的缺陷和原子交换。第一个涉及的Cr（Mn）和Si原子诱导状态的间隙的边缘，持续为一个中等浓度的缺陷。涉及Ni原子的缺陷诱导完全破坏半金属性的间隙内的本地化状态。基于单杂质计算，我们将这些状态与晶体的对称性联系起来。
2008-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical investigation of interface atomic structure of graphene on NiFe alloy substrate
本研究通过密度泛函理论计算，对比了两种石墨烯/NiFe合金界面制备工艺，发现裸露衬底偏好富Ni表面，而吸附石墨烯后Fe表面更稳定，表明表面成分比例受制备工艺影响。
2025-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermal resistance of GaN/AlN graded interfaces
电力电子器件中的成分梯度界面消除了位错，但它们也会降低热传导，导致过热。我们量化的GAN/AlN梯度界面的热阻不同厚度的从头算格林函数，并与突变界面的情况下进行比较。从合金和失配散射机制的相互作用中出现了热阻与界面厚度的非平凡的功率依赖性。我们表明，这种梯度界面的整体行为是非常相似的薄膜的有效合金的长度尺度相关的真实接口。
2019-02-21 cond-mat.mtrl-sci
An Environment-dependent Semi-Empirical Tight Binding Model Suitable for Electron Transport in Bulk Metals, Metal Alloys, Metallic Interfaces and Metallic Nanostructures II - Effect of Confinement and Homogeneous Strain on Cu Conductance
在第一部分中开发的半经验TB模型适用于当前相关的金属运输问题的第二部分。系统地研究了量子限制、输运取向和均匀应变对铜电子输运性质的影响。结果发现，从体到纳米线边界条件的量子限制导致Cu沿不同输运方向的电导显著各向异性。压缩均匀应变被发现，以降低电阻率，通过增加导电模式的密度在铜。铜纳米线中的[110]输运取向被发现是最有利于减轻电导率退化，因为它显示出最小的电导减少与限制和最有利的响应压缩应变。
2013-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Two-Phase Equilibrium in Small Alloy Particles
两相在颗粒内的共存需要具有显著毛细管能量的界面。我们表明，这需要在小尺寸的合金相平衡的性质的变化。最值得注意的是，合金相图中的共晶点退化成合金不连续熔化的组成区间。
2004-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Precipitation kinetics of Al3Zr and Al3Sc in aluminum alloys modeled with cluster dynamics
用团簇动力学方法研究了Al3Zr和Al3Sc在铝过饱和固溶体中的沉淀动力学，团簇动力学是一种介观模拟技术，它用一组速率方程描述了均匀沉淀的各个阶段。所需的唯一参数是界面自由能和扩散系数，它们是从以前开发的研究相同合金的原子模型推导出来的。与动力学蒙特卡罗模拟的空位扩散机制的基础上的比较表明，集群动力学正确预测的沉淀动力学提供了一个大小依赖的界面自由能被使用。它还设法合理地再现现有的实验数据。
2005-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Melting of alloys along grain boundaries
本文将合金沿晶界的熔化作为两个移动固液界面的自由边界问题来讨论。其中一个是熔化前沿，另一个是凝固前沿。三联点的存在在控制该过程的速度方面起着重要作用。界面通过它们之间的薄液体层中的扩散场强烈地相互作用。在液膜迁移（LFM）机制中，系统选择了一个更有效的动力学路径，该路径由液膜中相对短距离的扩散控制。然而，只有弱相干应变能的情况下，单相合金熔化的LFM的有效驱动力。只有一个熔化前沿的过程将由在相对大的距离上在母固相中的非常缓慢的扩散控制。
2007-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Cross-sectional helium irradiation reveals interface-controlled bubble evolution in Cr/CrAlSiN multilayer coatings on zirconium alloys
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）；Ningbo University of Technology（宁波工程学院）；Harbin Engineering University（哈尔滨工程大学）；Southwest University of Science and Technology（西南科技大学）；Czech Technical University in Prague（布拉格捷克理工大学）；Qianwan Institute of CNITECH（国创中心千湾研究院）；Advanced Energy Science and Technology Guangdong Laboratory（先进能源科学与技术广东省实验室）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；University of Southampton（南安普顿大学）
本研究通过横截面氦辐照揭示Cr/CrAlSiN多层涂层在锆合金界面的气泡演变，发现多层结构能有效抑制气泡积累，提升界面稳定性。
2026-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Interface magnetic moments enhancement of FePt-L1$_0$/MgO(001): an ab-initio study
用密度泛函方法研究了FePt-L_1 $_0$与MgO（001）合金的界面。由于面心四元L1 $_0$相的堆叠是由交替的Fe和Pt平面形成的，因此研究了Fe和Pt终止的接触层。此外，由于这两个系统的面内晶格常数之间的大的失配，我们选择了一些共同的$a$值为两种合金，以探索详细的吸附能，电子结构和界面磁性。通过从总能量中减去清洁的FePt和MgO合金的能量来计算吸附能。当Fe/Pt原子位于O物种的$top$上时，其优选的吸附几何位置对于其余位置具有较小的吸附能。我们发现，扩大MgO晶格增强的磁矩的Fe物种，但Pt的时刻几乎保持不变。
2013-12-16 cond-mat.mtrl-sci
High spin mixing conductance and spin interface transparency at $Co_2Fe_{0.4}Mn_{0.6}Si$ Heusler alloy and Pt interface
从自旋波的产生、传输和检测的观点来看，需要表现出低磁阻尼（$α$）和适度高的饱和磁化强度的铁磁材料。由于自旋-电荷转换效率是另一个重要参数，因此高自旋混合电导（$g_{r}^{\uparrow \downarrow}$）是高效自旋-电荷转换的关键。全赫斯勒合金，例如预测为100 $\%$自旋极化的$Co_2Fe_{0.4}Mn_{0.6}Si$（CFMS），具有低的$α$。然而，在CFMS和顺磁体之间的界面处的$g_{r}^{\uparrow \downarrow}$还没有被完全理解。本文报道了$CFMS/Pt$双层膜中自旋泵浦和逆自旋霍尔效应的研究。阻尼分析表明，CFMS和Pt的界面处存在显着的自旋泵浦，这也证实了由检测到的反自旋霍尔电压。我们发现，在CFMS/Pt的$g_{r}^{\uparrow \downarrow}$（1.77 $\times$ 10 $^{20}$ m $^{-2}$）和界面透明度（84 $\%$）是较高的值相比，其他铁磁体/重金属系统。
2019-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dissipative structure formation during crystallization of alloys under high-nonequilibrium conditions
本文用计算机模型研究了二元系的结晶过程，该模型考虑了扩散系数与温度的关系和合金中溶解组分的非平衡分配。在Fe-B和Ni-B系快速凝固过程中，获得了枝晶尖端过冷度与界面速度的关系。检测到的形态转变的条件下从扩散生长制度的变化，在一些临界过冷度的热生长。这种转变的特征在于枝晶生长速度的不连续放大。临界过冷度和生长速度不连续性的值取决于动力学系数的各向异性的程度，以及原子动力学和界面上扩散的活化能的差异。
2008-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Stochastic phase-field simulations of symmetric alloy solidification
本文采用非变分波动相场模型研究了定向凝固的初始过渡阶段。该模型适用于二元稀溶液的对称凝固，不需要用涨落耗散定理来解释涨落统计。我们致力于我们的注意力瞬态政权期间，浓度梯度的建立和波动的作用，使界面不稳定。为此，我们计算的时间依赖的增长率的每一个模式和功率谱的波动的影响下演变的接口。定量协议时，发现比较相场模拟与理论预测。
2004-09-28 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
Spin-Diffusion Lengths in Metals and Alloys, and Spin-Flipping at Metal/Metal Interfaces: an Experimentalist's Critical Review
在由铁磁（F）和非磁性（N）金属组合而成的磁性多层膜的磁阻（MR）研究中，每个传导电子的磁矩（或相关的“自旋”）起着至关重要的作用，补充其电荷的作用。虽然对这种多层膜中的MR的初始分析假设每个电子的自旋方向在电子穿过多层膜时保持固定，但我们现在知道这仅在一定限度内是正确的。一般来说，自旋在金属、纯度和温度的距离特征中“翻转”。它们也可以在F/N或N1/N2接口处翻转。在这篇综述中，我们描述了如何测量纯金属和合金中电子磁矩翻转的长度，以及金属界面处自旋翻转的概率。金属内的自旋翻转由自旋扩散长度l^M（sf）描述，其中金属M = F或N。自旋扩散长度是电流垂直于平面（CPP）和横向非局域（LNL）几何结构中的特征长度，我们在这篇综述中重点关注。在某些简单的情况下，l^N（sf）设置CPP-MR和LNL-MR随着N层厚度（CPP-MR）或N膜长度（LNL）增加而减小的距离，并且l^F（sf）对于CPP-MR随着F层厚度增加而增加也是如此。M1/M2界面处的自旋翻转可以由参数delta（M1/M2）描述，其确定自旋翻转概率P = 1 - exp（-delta）。增加增量（M1/M2）通常会降低MR。我们列出这些参数的测量值，并讨论其测定的局限性。
2007-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Kinetic stabilization of Fe film on (4 by 2)-GaAs(100)
我们在低温（~ 130 K）下在（4 × 2）-GaAs（100）衬底上生长了Fe薄膜，并用同步辐射光电子能谱学研究了Fe薄膜的化学结构。我们观察到有效的抑制砷偏析和显着减少合金形成附近的铁和基板之间的界面。因此，这应该是一种在GaAs（100）上生长几乎原始的Fe膜的方法。此外，发现Fe膜即使在升温至室温后也对As偏析稳定。只形成非常薄、~ 8埃厚的界面合金。据推测，界面合金的形成通过表面扩散介导的界面缺陷在低温生长的Fe膜。Ga和As两者的进一步向外扩散被抑制，因为其然后应当经由低效的体扩散进行。
2006-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Precipitate phase selection and grain boundary morphology in Cu-Ni-Si-Mn alloys: A machine-learning interatomic potential study
Korea Electrotechnology Research Institute (KERI)（韩国电工技术研究所）；Korea Institute of Materials Science (KIMS)（韩国材料科学研究所）；Seoul National University（首尔大学）；University of Science and Technology (UST)（科学技术联合大学院大学）；Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院）
通过机器学习原子间势计算，揭示了Mn添加促进Cu-Ni-Si合金中G相而非Ni2Si的晶界析出，并解释了Ni2Si的不规则形貌与G相的薄膜状形貌的原子起源。
2026-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Branching of twins in shape memory alloys revisited
本文研究了记忆合金中出现在奥氏体和马氏体界面处的孪晶分支。在三维非线性弹性理论的框架内，我们提出了一个明确的，低能量的分支结构的建设，一般适用于任何形状记忆材料的马氏体的对称类或界面的几何参数没有限制。我们表明，建议的建设遵循预期的能量标度律，即，（由于孪晶的表面能足够小）支化导致能量降低。此外，可以修改该结构以捕获实验观察到的微结构的不同特征，而不违反该标度律。通过使用数值计算程序，我们表明，所提出的建设是能够预测现实的孪晶宽度和分支代数的Cu-Al-Ni单晶。
2019-10-11 cond-mat.mtrl-sci
High-strength and ductile lightweight cast aluminium alloys with superlattice nano-layered fibres (SNL) and core-shell nano-particles
Indian Institute of Science（印度科学学院）；Max Planck Institute for Sustainable Materials（马克斯·普朗克可持续材料研究所）
通过在Al-Gd近共晶合金中添加Zr，形成超晶格纳米层状纤维（SNL）和核壳纳米颗粒，显著提升轻质合金的拉伸韧性，实现400%的韧性提升，克服共晶合金的延展性限制。
2026-04-30 cond-mat.mtrl-sci
The role of β-titanium ligaments in the deformation of dual phase titanium alloys
多相钛合金是高价值工程部件的关键材料，例如航空发动机。在机械加工过程中，通过界面工程利用微观结构的复杂性，显著提高抗疲劳性、抗断裂性和强度。在这项工作中，我们探讨的作用，选择接口使用原位微机械测试与并发观察高角分辨率电子背散射衍射（HR-EBSD）。我们的结果得到了死后透射电子显微镜（TEM）的支持。使用微柱压缩，我们对选择的β-钛（体心立方）韧带的作用进行了深入分析，这些韧带将相邻的α-钛（六方密堆积）区域分开，并在机械变形过程中抑制位错运动和冲击强度。这些结果揭示了强化机制和那些可能导致应变局部化在疲劳和故障。
2019-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Sensitivity of Ag/Al Interface Specific Resistances to Interfacial Intermixing
我们已经测量到Ag/Al界面的电阻率，2AR（Ag/Al）（111）= 1.4 fOhm-m^2，这是完美界面时预测值的两倍，比2 ML 50%-50%合金的电阻率大50%，甚至比我们新预测的4 ML 50%-50%合金的电阻率1.3 fOhm^2还要大。如此大的2ARAg/Al（111）值证实了对界面无序的预测敏感性，并表明界面大于或等于4 ML厚。从我们的计算，预测的各向异性比，2AR（Ag/Al）（001）/2AR（Ag/Al）（111），大于4的一个完美的界面，应减少到小于2的4 ML界面，使其更难检测到任何这样的各向异性。
2009-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field model of alloy solidification far from chemical equilibrium at the solid-liquid interface
本研究进一步发展快速合金凝固相场模型，测试变分公式稳健性并扩展至浓合金，通过二维和三维模拟验证了增强溶质扩散率框架的有效性及绝对稳定性理论的预测能力。
2025-08-07 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS physics.comp-ph
Ab initio Modelling of the Early Stages of Precipitation in Al-6000 Alloys
由（半）共格析出相的形成引起的时效硬化对广泛使用的Al-6000合金的加工和最终性能至关重要。降水的早期阶段从基础和技术方面来说特别重要，但仍然远远没有得到充分的理解。在这里，进行的亚稳$β''$相的纳米沉淀物的能量学分析，确定有助于成核簇的稳定性的体积，弹性应变和界面能。结果表明，即使在最小尺寸的$β''$分子式单元下，针状沉淀物也不稳定生长，即不存在生长的能垒。不同组合物之间的小差异指向可能的沉淀物/基质界面重构的研究的需要。一个经典的半定量成核理论的方法，包括弹性应变能捕获的趋势，沉淀能量与大小和组成。这验证了使用中尺度模型来评估沉淀物的稳定性和相互作用。较小的三维集群的研究也表明相对于固溶体状态的稳定性，表明沉淀的早期阶段可能是扩散限制。总体而言，这些结果表明，在确定纳米级沉淀物的稳定性和生长的组合物依赖的体积，界面和弹性应变能之间的重要相互作用。
2017-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Interface kinetics in phase field models: isothermal transformations in binary alloys and steps dynamics in molecular-beam-epitaxy
我们提出了一个统一的描述界面动力学效应的相场模型等温转变在二元合金和步骤动力学的分子束外延。相场运动方程包含了相场和浓度场之间的动力学交叉耦合。这种交叉耦合概括了动力学效应的现象，直到最近才在经典相场模型中被忽略。我们推导出一般表达式（独立的相场模型的细节）的动力学系数在相应的宏观方法使用物理动机的减少过程。后者相当于所谓的薄界面极限，但在技术上更简单。它涉及到计算的有效耗散，可以归因于相场模型中的界面。我们详细讨论了一个非正定矩阵的动力学系数的可能性，即一个负的有效界面耗散，虽然在底层相场模型的稳定范围内。在数值计算上，我们研究了由于Ehrlich-Schwoebel效应，在我们的模型中，由于交叉耦合的分子束外延的阶梯聚束不稳定性。使用的减少过程中，我们比较的相场模拟的结果与宏观方法的分析预测。
2014-02-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Quantifying Phase Transformations in Alloying Anodes via In-Situ Liquid Cell Hard X-ray Spectroscopy and Cryogenic Microscopy
本研究通过原位X射线光谱和低温显微镜技术，揭示了铂基合金阳极在锂化过程中的相变机制及界面化学演变，为设计耐用的储能电极提供了新思路。
2025-12-04 cond-mat.mtrl-sci
HEACalculator: An Open-Source Python Tool for Thermodynamic Property Calculation and Solid Solution Prediction in High-Entropy Alloys
Texas A&M University（德克萨斯农工大学）
本文介绍HEACalculator，一个开源Python包，可计算16种常用热力学和结构描述符，并评估8种固溶体形成规则，支持CLI、GUI和API三种使用模式。
2026-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Scaling of alloy interfacial properties under compositional strain
在材料生长和凝固过程中出现的复杂形态和微观结构通常由界面的平衡和动力学性质及其结晶各向异性决定。然而，有限的知识是可用于合金化，特别是这些界面特性的组成产生的弹性效应。在这里，我们系统地研究了这种成分的合金模型系统的界面性质的相场晶体分析的基础上，包括固-液界面自由能，动力学系数，和晶格钉扎强度的影响。这些界面量在各种范围内的材料参数的标度关系进行了识别和预测。我们的研究结果表明，合金结构和浓度的介观和微观长度尺度之间的耦合的重要影响，以及成分变化引起的压缩和拉伸界面应力的影响。这里开发的方法提供了一种有效的方法来系统地识别这些关键的材料特性，超越了传统的原子和连续体的方法。
2016-02-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Alloy-like behaviour of the thermal conductivity of non-symmetric superlattices
在这项工作中，我们显示了一个唯象的合金类拟合的热导率（A）d1：（B）d2超晶格d1 /= d2，即非对称结构。该方法是对合金化合物热膨胀系数之和的诺伯里规则的推广。也就是说，我们表明，这种方法也可以扩展到描述由两个或两个以上的元素组成的晶体和有序系统的热性质，并有一个潜在的更广泛的应用范围。利用这种近似，我们估计界面热阻取决于周期和形成超晶格结构的材料的比例
2017-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Onsager approach to 1D solidification problem and its relation to phase field description
我们给出了一个一般的唯象描述的稳态一维前传播问题在两种情况下：一个纯材料的凝固和等温凝固的两个组成部分稀合金。纯材料的凝固过程是由体相热传递和界面动力学控制的。二元合金的等温凝固过程受体相扩散和界面动力学控制。我们发现，界面动力学系数的对称Onsager矩阵的正定性的条件仍然允许任意符号的斜率的速度浓度线附近的固相线的合金问题或速度温度线的情况下，凝固的纯材料。这个结果提供了一个非常简单和优雅的方式来描述一个有趣的现象，一个可能的非单值行为的速度与浓度，以前已经讨论了不同的方法。我们还讨论了这种Onsager方法的相场描述的薄界面限制的关系。
2011-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Finite-temperature grain boundary phases, transformations, and diagrams in alloys
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本研究提出同时采样位置、构型和原子数的蒙特卡洛模拟，突破现有原子模拟局限，实现合金有限温度晶界相变与相图的严格预测，并在W-V合金中揭示新相变。
2026-09-29 cond-mat.mtrl-sci
