New group of stable icosahedral quasicrystals: structural properties and formation conditions
对Zn-Mg-Sc、Cu-Ga-Mg-Sc和Zn-Mg-Ti合金中的二十面体准晶及其相应的1/1立方近似体的结构研究表明，这些准晶属于一个新的类似于Cd基准晶的结构群。这个群的特征是一个不同于麦凯型和伯格曼型的三壳层二十面体簇。原子团簇的存在是从近似晶体Zn 17 Sc 3的结构模型中推导出来的，其中原子团簇嵌入在所谓的“胶原子”的周期性网络中。密度测量表明，存在至少2.7锌原子在第一壳层的集群在这个近似。这三种准晶中的取代关系表明了Hume-Rothery规则在这类准晶形成中的重要作用。本文还报道了Zn-Mg-Yb合金中P型二十面体准晶的出现。
2003-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Study on planar segregation of solute atoms in Mg-Al-Gd alloy system
Mg-M-RE（M：Zn，Ni等，RE：Y，Gd，etc.）合金体系本文采用大角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF）和三维原子探针（3DAP）对Mg-Al-Gd合金中的平面偏析进行了表征。研究发现，偏析不存在平面断层，偏析的空间分布类似于LPSO结构的周期性。用3DAP进一步定量分析了偏析的程度，发现偏析主要富集Gd原子。通过第一性原理计算对偏析行为进行了合理化解释。
2018-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Planar Solidification from Undercooled Melt: An Approximation of a Dilute Binary Alloy for a Phase-field Model
采用相场模型研究了过冷熔体的平面凝固。在杂质浓度较低的情况下，得到了溶质场和相场。这些解在界面运动速度为零的极限下给出了平衡分配系数和液相线斜率。在高生长速度下，得到了溶质场和相场的渐近展开式，以及扩散速度与相场模型参数之间的关系。与数值计算的比较。
2004-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Icosahedral quasicrystals in Zn-T-Sc (T=Mn, Fe, Co, Ni) alloys
从Zn 17 Sc 3立方近似体出发，通过用过渡元素、T.当T=Mn，Fe，Co，Ni时，合金成分为Zn_（75）T_（10）Sc_（15）的铸态合金中形成了新的二十面体准晶作为主相。所有这些准晶都属于原始类型，具有6维晶格参数α 6D，范围为7.044 ~ 7.107。它们的价电子浓度e/a在2.01 ~ 2.14之间，彭罗斯瓦边长aR与平均原子直径d的比值几乎相同：aR/d~1.75。此外，包括相同类型的原子团簇（Tai型团簇）的其它Zn基和Cd基准晶也具有相同的e/a~2.1和aR/d~1.75的值。e/a的相等表明Hume-Rothery机制在这些准晶的形成中起着重要作用。
2003-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced creep performance in a polycrystalline superalloy driven by atomic-scale phase transformation along planar faults
预测在役零件的机械失效需要了解其变形行为，以及相关的动态微观结构演化，直至近原子尺度。已知溶质与由塑性形变产生的缺陷相互作用，从而影响它们在整个微观结构中的位移，并因此影响材料对激发的机械响应。这种效果在这里研究了多晶镍基高温合金与两个不同的Nb含量，导致其蠕变寿命的显着变化。在750 ℃和600 MPa下的蠕变试验表明，高Nb合金在蠕变应变速率方面表现得更好。考虑到相似的初始微观结构，机械行为的差异归因于沿平面缺陷发生的相变，由不同类型的堆垛层错和合金成分控制。电子沟道衬度成像显示两种合金中存在堆垛层错。微孪晶仅在低Nb合金中观察到，部分地合理化较高的蠕变应变速率。在高铌合金中，原子探针断层扫描证明了两种不同类型的堆垛层错的分配行为的基础上。发现超晶格本征层错（SISF）富集在Nb，Co，Cr和Mo，而只有Nb和Co偏聚在超晶格非本征层错。基于它们的成分，局部相变沿故障发生的建议，导致在高铌合金蠕变应变速率较慢。相比之下，在低Nb合金中，主要发现富集Co、Cr、Nb和Mo的SISF。根据本文提出的结果和文献中的结果，提出了一种原子尺度驱动的合金设计方法，该方法控制并促进750 ℃下沿平面断层的局部相变，旨在设计具有增强的抗蠕变性的高温合金。
2020-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Cluster packing geometry for Al-based F-type icosahedral alloys
本文提出了一种新的高稳定的F型二十面体准晶的周期近似物i-Al-Pd-TM（TM=过渡金属）。该金属间化合物的结构用单晶X射线衍射从头计算确定，其中空间群被确定为Pa-3，晶格常数为40.5埃。该结构被很好地描述为两种类型的簇的密集堆积，这在文献中被称为伪麦凯型簇和伯格曼型簇。聚类集中在一个典型的单元格平铺的顶点，其中每个顶点的奇偶性决定了相关联的聚类的种类。相邻的簇可以明显地相互渗透，而该结构不需要胶原子来填充簇之间的间隙。结果表明，该晶体可被指定为普通立方3/2有理逼近的2x2 x2超结构。超晶格有序被证明是一种不同的类型从P型超晶格有序先前报道的i-Al-Pd-Mn。本文的结果将大大提高对F型二十面体准晶及其近似物的原子结构的认识。
2013-01-29 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
The criterion of planar instability in alloy solidification under varying conditions: A viewpoint from free energy
本文研究了变化条件下合金凝固的平面失稳问题，结合理论模型与相场模型分析其动态演化，提出界面过剩自由能与界面能是平面失稳的临界参数判据，并通过模型对比与不同晶体取向实验验证了该判据。
2023-03-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-Ti induced planar-fault transformation toward superlattice extrinsic stacking faults and microtwins in crept CoNi-based superalloys
Helmholtz-Zentrum Hereon（赫尔姆霍茨-海雷恩中心）；Tsinghua University（清华大学）；University of Stuttgart（斯图加特大学）；University of Twente（特文特大学）；Southeast University（东南大学）；Central South university（中南大学）
高钛含量促进CoNi基超合金中超晶格外在堆垛fault和微孪晶形成，通过改变平面滑移机制提升蠕变性能。
2026-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Quantum transport in quasicrystals and complex metallic alloys
半经典的布洛赫-玻尔兹曼理论是我们理解固体传导的核心，从金属到半导体。因此，超出这一理论适用范围的物理系统具有根本的意义。这是无序系统的情况，其在扩散区域中呈现量子干涉，即安德森局域化效应。看来，在准晶和相关的复杂金属合金中，半经典布洛赫-玻尔兹曼理论的另一种类型的崩溃起作用。这种类型的量子输运与电子在这些系统中的特定传播模式有关。我们开发了一个量子传输理论，适用于正常的弹道定律，但也适用于这些特定的扩散定律。正如我们所展示的，基于这一理论的唯象模型正确地描述了实验输运性质。近似的从头计算也证实了这种反常的量子扩散方案的有效性。虽然本章的重点是准晶和复杂金属合金中的电子，但这里提出的概念对这些系统中的声子也很有用。这里描述的量子输运类型与其他系统的传导性质之间也有很深的相似之处，在其他系统中，载流子也是慢的，例如某些重费米子或极化子系统。
2007-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Metastable defect phase diagrams as a tool to describe chemically driven defect formation: Application to planar defects
热力学块体相图已成为研究人员用来确定合金成分和工艺条件的路线图，从而产生具有定制微观结构的新型材料。最近的实验研究表明，合金成分的变化不仅可以驱动材料中存在的体相的转变，还可以驱动它们所包含的缺陷的浓度和类型的转变。缺陷相图结合密度泛函理论提供了一个自然的路线来研究这些化学驱动的缺陷。然而，我们的研究结果表明，直接应用热力学方法可能无法重现实验观察到的缺陷形成。因此，我们将概念扩展到亚稳缺陷相图，以解释阻止系统达到平衡的动力学限制。我们成功地应用这一概念来解释形成大浓度的平面缺陷的过饱和Fe-Nb固溶体，并确定在一个联合研究与实验条件下，在Mg-Al-Ca合金缺陷相的发生。这一概念为设计具有定制缺陷结构的材料提供了新的途径。
2023-03-13 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
Mapping of Microstructure Transitions during Rapid Alloy Solidification Using Bayesian-Guided Phase-Field Simulations
本研究结合高保真相场模拟与贝叶斯主动学习方法，绘制Fe-Cr合金快速凝固中微观组织转变图谱，验证经典KGT模型的预测准确性并发现低G下的中间型微观组织，为合金工艺参数设计提供计算工具。
2025-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Band Gaps of In$_x$Ga$_{1-x}$N Alloys: From Bulk to Two-Dimensional Limit
采用第一性原理计算结合半经验范德华色散修正，我们研究了屈曲和平面少层In $_x$ Ga $_{1-x}$ N合金的结构参数、混合谱和带隙.我们预测，独立屈曲相的稳定性不如平面屈曲相。然而，氢钝化，在$_x$ Ga $_{1-x}$ N合金的屈曲变得更有利。它们的带隙可以从6 eV到1 eV进行调节，保留了直接带隙和良好定义的布洛赫特性，使它们成为未来发光应用的有希望的候选材料。与它们的本体对应物不同，由于减少了几何约束，在这些二维系统中可以抑制相分离。相反，无序的平面薄膜经历严重的晶格畸变，几乎失去了布洛赫字符的价带，而有序的平面的保持布洛赫字符，但具有最高的混合色散。
2017-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exploiting solute segregation and partitioning to the deformation-induced planar defects and nano-martensite in designing ultra-strong Co-Ni base alloys
本研究通过热机械加工引入变形诱导结构并结合中温回火促进溶质偏聚分配，设计出屈服强度超2 GPa的超强Co-Ni基单相合金，兼具良好高温组织稳定性与力学性能。
2025-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Interpretation of some Yb-based valence-fluctuating crystals as approximants to a dodecagonal quasicrystal
六方ZrNiAl型（空间群：P-62 m）和四方Mo 2FeB 2型（空间群：P4/mbm）结构在相同的Yb基合金中经常形成，并且表现出与价态涨落相关的物理性质，它们可以被视为假想的十二方准晶的近似物。本文以Pd-Sn-Yb系统为例，建立了一个准晶结构模型，其中五维晶体（空间群：P12/mmm，aDD=5.66 nm，c=3.72 nm）由四种类型的接受区组成，分别位于下列晶体学位置：Yb [00000]、Pd[1/3 0 1/3 0 1/2]、Pd[1/3 1/3 1/3 0]和Sn[1/2 00 1/2 1/2]。在三维空间中，准晶由三种类型的柱组成，其中c投影对应于正方形、等边三角形和三重六边形。它们是两种已知晶体的碎片，六方结构的α-YbPdSn和四方结构的Yb_2Pd_2Sn。该模型可以作为统一处理这两类Yb基晶体中重费米子性质的平台。
2018-04-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Prediction of (TiO2)x(Cu2O)y Alloys for Photoelectrochemical Water Splitting
采用全局优化进化算法研究了（TiO2）x（Cu2O）y固溶体的形成。基于密度泛函理论的第一性原理计算被用来深入了解这些合金的电子性质。我们发现：（i）（TiO_2）_x（Cu_2O）_y合金中的Ti和Cu具有与体相TiO_2和Cu_2O相似的局部环境，除了（TiO_2）（Cu_2O）中含有一些三角平面Cu离子。(ii)预测的光学带隙约为2.1 eV（590 nm），因此与两种二元氧化物相比，对于可见光的吸收具有更好的性能。(iii)（TiO 2）2（Cu 2 O）在所有研究的合金中具有最低的形成能，并且发现其带边的位置适合于太阳能驱动的水裂解应用。
2013-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Dependence of Radiation Induced Segregation of Cr on Sink Dimensionality and Morphology in Fe-Cr Alloys
Clemson University（克莱姆森大学）；Purdue University（普渡大学）
研究通过KMC模型分析Fe-3Cr合金中Cr偏聚行为，探讨sink维度对偏聚和浓度分布的影响，发现平面sink的偏聚依赖性线性，而球形sink则更复杂。
2025-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Sn on generalized stacking fault energy surfaces in zirconium and its hydrides
锆合金燃料包壳的氢脆是水基核反应堆的主要安全问题。在这里，我们研究了稳定的平面缺陷内形成的锡，主要合金元素的锆-4中使用的包层。为了解释在我们的实验中观察到的晶体缺陷和平面缺陷的形成，我们进行了原子尺度的从头计算，重点是在hcp $α$ -Zr和fcc锆晶体中与广义堆垛层错的溶质相互作用。我们的计算表明，Sn浓度的增加导致$α$ -Zr和氢化物相中的堆垛层错的稳定化。然而，Sn在$α$ -Zr中的溶解焓比其它氢化物相低，这表明在Zr氢化物/基体界面处存在两个Sn贫化/富集的竞争过程。实验结果证实了这一点，其中Sn被排斥的氢化物和大多数被发现被困在界面和平面缺陷内的氢化物相堆垛层错的指示。我们的系统研究使我们能够了解氢化物相中溶质的存在和分布，从而更深入地了解这种合金在其使用寿命期间的性能的微观结构演变。
2022-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Bandgap engineering in an epitaxial two-dimensional honeycomb Si$_{6-x}$Ge$_x$ alloy
在这封信中，我们证明，它是可能的，以形成一个二维（2D）硅类Si $_5$ Ge化合物，通过取代Si原子占据在平面状结构的外延硅在ZrB $_2$（0001）的顶部网站由沉积的Ge原子。对于低于1/6 ML的覆盖率，Ge沉积产生Si $_{6-x}$ Ge $_{x}$合金（其中$x$在0和1之间），其中顶部位置被Si或Ge原子随机占据。实验观察到的$x$的价带顶的逐渐增加源于从Ge原子到Si原子的选择性电荷转移。这些成就提供了证据的工程的可能性，在2D SiGe合金的带隙的方式是类似的，为他们的散装对应。
2020-03-11 cond-mat.mtrl-sci
An efficient and quantitative phase-field model for elastically heterogeneous two-phase solids based on a partial rank-one homogenization scheme
本文提出了一个有效的和定量的相场模型的弹性非均匀合金，确保两个力学相容性$\unicode{x2014}$静态和动态，结合界面区域内的化学平衡。我们的模型与现有的相场模型，要么违反静态相容性或界面化学平衡或计算成本高。为了提高计算效率，部分秩一均匀化（PRH）计划，以执行静态和运动学的界面相容性。此外，界面化学平衡是通过取代组成场与扩散势场作为模型的独立变量。通过模拟Ni-Al $γ^{\prime}/γ$和UO $_2$ /void两种二元双相合金的四种单粒子和一种多粒子情况，验证了该方法的性能。其准确性，然后调查对分析解决方案。对于单粒子$γ^{\prime}/γ$合金，我们发现，相场结果的准确性保持不受影响的平面和非平面的几何形状时，PRH计划。幸运的是，在UO $_2$ /void模拟中，尽管有很强的弹性异质性$\unicode{x2014}$，但空位相的杨氏模量与UO $_2$相的杨氏模量之比为$10^{-4}\unicode{x2014}$，我们发现PRH方案对于平面和非平面几何形状都比Voigt-Taylor方案（VTS）显示出更好的收敛性。然而，对于与$γ^{'}/γ$情况相同的界面宽度范围，这些模拟中的界面迁移显示出对界面宽度的依赖性。相反的$γ^{\prime}/γ$模拟，我们还发现，模拟的弹性场显示偏离的非平面UO $_2$ /空隙的情况下，使用PRH方案的解…
2023-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Phase stability and defect studies of Mg-based Laves phases using defect phase diagrams
Laves相通常在金属合金中作为第二相形成，并对其结构性能具有显著影响。因此，除了机械行为研究之外，对这些化学和结构复杂的相的相稳定性研究是非常有意义的。在这项工作中，我们使用的概念，亚稳体相和缺陷相图，以增加在镁基合金中的Laves相的体相和缺陷相稳定性的理解。通过这种方式，我们解决了体相图和实验观察之间的差异，在中等温度下在MgAlCa合金中形成富Mg的C14和富Al的C15 Laves相。此外，合金的热力学状态对富溶质的类六方晶系平面缺陷和化学计量的基底层错之间的竞争的影响是明确的，这决定了这些合金的脆性。\end{abstract}
2023-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Efficient moment tensor machine-learning interatomic potential for accurate description of defects in Ni-Al Alloys
本研究针对传统矩张量势（MTP）的矩张量缩并优化问题，提出基于遗传算法的优化方案，在提升效率近一个数量级的同时提高精度，应用于Ni-Al合金缺陷建模表现优于半经验势。
2025-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion and Phase Evolution in Multicomponent Multi-Phase Alloys
本文对Ni-Cr-Al三元多相系在1200 ℃下的扩散进行了理论和实验研究。样品制备采用多次法。它已被证明，该方法允许获得良好的质量，平面，可再现和无氧化物的扩散对。首次采用宽谱线EDS分析法测定了浓度分布。应用了两种模型：1）R1中基于双速度方法的多相多组分模型; 2）双尺度两相模型，包括基体中的相互扩散（R1中的全局尺度）和基体与析出相之间的扩散（R3中的局部尺度）。模型被用于数值实验中的扩散路径，局部熵产生率和系统中存在的相的体积分数进行了计算。首次计算了两相体系的Kirkendall平面位移，并与实验结果进行了比较。结果表明，两种模型是一致的。采用多相多组分模型对扩散过程进行了模拟，并与实验结果进行了比较。实验和数值计算结果是一致的。已经发现：1）与Morral定理相反，0型相间边界（IB）在扩散期间移动，2）在当两相合金的末端组成接近相边界时的情况下，则单个β相区可以在两相区之间生长并且扩散路径进入单相区，3）扩散路径强烈地依赖于相边界线的形状，并且化学数据的准确性是建模中的关键因素;最近报道的在IB处的熵产生分布中出现的局部极值是数值误差的结果，并且可以被消除，如双尺度两相模型中所示。
2018-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio prediction of the mechanical properties of alloys: The case of Ni/Mn-doped ferromagnetic Fe
采用第一性原理合金理论，结合精确的Muffin-tin轨道方法和相干势近似，研究了铁磁体心立方（bcc）Fe $_{1-x}$ M $_x$合金（M=Mn或Ni，$0\le x \le 0.1$）的力学性能.我们考虑几个物理参数访问\emph{ab initio}计算和它们的组合在各种唯象模型比较Mn和Ni的Fe的性能的影响。合金化轻微改变晶格参数，对弹性模量产生显著影响。Mn和Ni都分别降低了与$\{110\}$表面小面和$\{110\}\langle111\rangle$滑移系相关的表面能和不稳定堆垛层错能。发现镍比锰对平面缺陷能量产生更大的影响。Rice和Pugh的半经验延展性准则一致地预测Ni增强Fe的延展性，但在Mn掺杂的情况下给出矛盾的结果。讨论了这两个标准之间的差异的起源，并提出了基于理论解理强度和单晶剪切模量$G\{110\}\langle111\rangle$的韧脆行为的替代措施。
2015-05-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Line and Planar Defects with Zero Formation Free Energy: Applications of the Phase Rule toward Ripening-Immune Microstructures
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；George Mason University（乔治梅森大学）
本研究提出基于相律的零形成自由能条件，揭示了抗粗化微结构的形成机制与共存缺陷类型限制。
2025-08-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Electronic structure of Humble defects in Ge and Ge$_{0.8}$Si$_{0.2}$
已知IV族金刚石结构元素具有各种平面缺陷，包括C中的{001}平面缺陷和Si和Ge中的{001}、{111}和{113}平面缺陷。在{001}平面缺陷中，已知在Ge中发生一段时间的Humble缺陷最近也在Si/Ge合金中观察到，但其电子结构的细节仍然知之甚少。在这里，我们进行第一性原理密度泛函计算，研究在Ge和Ge $_{0.8}$ Si $_{0.2}$中的Humble缺陷。我们还测量了Si L $_{2,3}$边电子能量损失谱，并与第一性原理计算中相应Si位的理论计算进行了比较.我们发现，列入核心孔效应的理论是必不可少的再现所观察到的L $_{2,3}$边缘光谱，一旦他们被包括在内，结果提供了一组指纹不同类型的本地原子键合环境中的锗$_{0.8}$硅$_{0.2}$。我们的第一性原理计算揭示了Humble缺陷有增大电子带隙的趋势，这在能带工程中可能有潜在的应用。还讨论了在这些系统中的带隙的改进的描述的混合泛函的使用。
2022-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Diffusion-Induced Oscillations of Extended Defects
从一个简单的模型驱动运动的平面界面的影响下的扩散场，我们推导出阻尼非线性振荡方程的界面位置。在一个不稳定的制度，阻尼项是负的，我们找到极限环的解决方案，描述了振荡传播的接口。在一个不断增长的凝固前沿的情况下，这提供了一个透明的方案，在二元合金中的溶质带的形成，并考虑到Mullins-Sekerka不稳定性，带状组织。
2011-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Three-dimensional atomic positions and local chemical order of medium- and high-entropy alloys
本研究利用原子电子断层扫描技术测定了中高熵合金的三维原子位置，定量表征了局部晶格畸变和化学短程有序，首次通过实验证实了局部化学有序与结构缺陷的关联。
2023-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
