Multi-principal element alloy discovery using directed energy deposition and machine learning
本研究结合定向能量沉积高通量合成、自动化表征与主动机器学习强化模型，高效筛选出强度显著优于此前研究的Cr-Fe-Mn-Ni系新型多主元合金。
2023-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Neural-networks model for force prediction in multi-principal-element alloys
原子模拟可以提供有用的洞察多主元素合金的物理性质。然而，经典势大多未能捕获关键的量子（电子结构）效应。我们提出了一个基于深度3D卷积神经网络（3D CNN）的框架，结合体素化技术来设计化学复杂合金的原子间势。我们强调了3D CNN模型的性能及其使用中熵合金TaNbMo计算潜力的功效。为了深入了解体素分辨率的影响，我们实现了两种基于内部和外部边界框的方法。一个有效的三维CNN模型，这是精确的密度泛函理论（DFT）的方法，用于计算潜在的将提供一个有前途的方案，精确的原子模拟的结构和动力学的一般多元素合金。
2021-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Modeling the Equilibrium Vacancy Concentration in Multi-Principal Element Alloys from First-Principles
École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Institute of Materials, École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院材料研究所）；Laboratory of materials design and simulation (MADES), Institute of Materials, École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院材料研究所材料与模拟实验室）；National Centre for Computational Design and Discovery of Novel Materials (MARVEL), École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院新材料计算设计与发现国家中心）
研究通过嵌入簇展开和统计力学方法，高效计算多主元合金中空位浓度，分析合金化学组成、短程有序与空位浓度的关系。
2025-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy diffusion in multi-principal element alloys: the role of chemical disorder in the ordered lattice
多主元素合金（MPEAs）的许多所谓的优点，如腐蚀，高温氧化和耐辐照性，是高度敏感的空位扩散系数。类似地，溶质互扩散由空位扩散控制-通常不清楚MPEAs是否真正稳定，或通过缓慢互扩散有效稳定。为这些合金提供的相当大的成分空间使得优化所需的性能成为一项艰巨的任务;理论和计算工具是指导合金开发所必需的。对于扩散，这些工具依赖于给定合金内的空位迁移势垒的知识和对这些势垒如何影响空位扩散率的理解。我们提出了一个广义的空缺扩散理论在崎岖的能源景观，与动力学蒙特卡罗模拟的MPEA空缺扩散配对。的势垒能统计信息的推动弹性带计算中的等原子CoNiCrFeMn合金。理论和模拟表明，空位扩散在固溶体MPEAs不一定是缓慢的，但可以潜在地调整，陷阱模型是一个不充分的解释缓慢扩散的CoNiCrFeMn HEA。这些结果还表明，任何试图忠实地表示扩散相关现象的模型都必须考虑能量景观的全部性质，而不仅仅是迁移障碍。
2020-03-17 cond-mat.mtrl-sci
A simple model for short-range ordering kinetics in multi-principal element alloys
本文提出一个简化的等温浓度波模型来估计多主元合金中短程有序形成的弛豫时间，该模型仅需迁移率和热力学参数，且与动力学蒙特卡洛模拟结果在五倍误差内一致，可用于指导加工条件设计。
2024-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Itinerant magnetism vis-à-vis structural phases in AlCuFeMn multi-principal-component medium entropy alloy
本研究通过实验观察与从头算DFT计算，探究了AlCuFeMn多主元中熵合金的微观结构演变、相形成及软磁行为，验证了理论预测，为非等摩尔合金的相预测与磁性特性研究提供了参考。
2024-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy formation energies and migration barriers in multi-principal element alloys
多主元素合金（MPEAs）由于其结构稳定性和抗辐射损伤能力的提高，作为结构和面向等离子体的材料继续受到关注。尽管机械行为对辐照和点缺陷形成的敏感性，但对基于耐火材料的MPEAs中空位稳定性和扩散的理解很少关注。利用密度泛函理论研究了体心立方（Mo 0.95 W 0.05）0.85 Ta 0.10（TiZr）0.05中空位的稳定性和扩散势垒.在这个MPEA中的结果显示出强烈的环境依赖性，源自与相邻原子之间的电荷转移相关的局部晶格畸变，该电荷转移随不同的化学环境而变化。我们发现晶格畸变程度和迁移势垒之间的相关性：（Ti，Zr）具有较小的畸变具有较低的势垒，而（Mo，W）具有较大的畸变具有较高的势垒，这取决于局部环境。在辐照下，我们的研究结果表明，（Ti，Zr）是显着更容易扩散比（Mo，W），而Ta显示中间效果。因此，由空位扩散引起的材料退化可以通过调整合金元素的组成来控制，以提高在极端操作温度和苛刻条件下的蠕变强度。
2022-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion-controlled Alloying of Single-phase Multi-principal Covalent Transition Metal Carbides with Enhanced Damage tolerance and Exceptional Thermal Properties
多元合金化在生产特殊的结构和功能材料方面显示出非凡的潜力。然而，单相、多主共价化合物的合成仍然是一个挑战。在这里，我们提出了一种扩散控制的合金化策略，成功地实现了共价多主过渡金属碳化物（MPTMCs）与一个单一的面心立方（FCC）相。通过添加非化学计量比的化合物促进的增加的界面扩散导致在低得多的烧结温度下快速形成新的单相。通过扫描透射电子显微镜的直接原子级观察表明，MPTMCs是由一个单一的阶段与随机分布的所有阳离子，这是关键的独特组合，提高断裂韧性，优越的维氏硬度，并实现极低的热扩散率在MPTMCs。目前的发现为下一代高性能材料的设计和合成提供了一种有前途的方法。
2018-09-02 cond-mat.mtrl-sci
A survey of energies from pure metals to multi-principal element alloys
该综述受Frans Spaepen博士工作启发，分析了不同晶体结构纯金属及与等原子比二元、三元、多主元合金的能量，编制能量表揭示结构和合金化对能量的影响，强调组成元素作用及机械能差异并探讨相关意义。
2024-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Deep Learning Accelerated Phase Prediction of Refractory Multi-Principal Element Alloys
本文提出基于CALPHAD数据库训练的深度学习框架，可在Ti、Fe、Al、V、Ni、Nb、Zr元素空间内以约90%准确率预测难熔多主元合金的相，并分析了域外性能下降原因及改进策略。
2024-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Maximum strength and dislocation patterning in multi-principal element alloys
多主元素合金（MPEAs），通常被称为中熵或高熵合金，含有三种或三种以上的组分在高浓度下，呈现出可调的化学短程有序（SRO）。利用大规模的原子模拟，我们探讨了在模型CrCoNi合金的Hall-Petch强化和变形机制的限制，并解开化学短程有序效应。研究发现，在SRO的存在下，最大强度略有增加，最强晶粒尺寸向一个小的值漂移。此外，断层和变形转换的倾向降低，并伴随着平面滑动和应变局部化的加剧。我们揭示了显着不同的变形显微组织和位错模式，显着依赖于晶粒取向和变形过程中激活的滑移面的数量。单滑移面晶粒的形变诱导组织转变体积分数最高，双滑移面晶粒形成致密位错网络。这些结果推进的变形机制和位错图案的MPEAs的基本理解提出了一种机械策略，通过同时调整晶粒织构和局部化学秩序的机械行为。
2022-05-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Complex Strengthening Mechanisms in the NbMoTaW Multi-Principal Element Alloy
难熔多主元素合金（MPEAs）在高温下具有优异的机械性能，包括高强度重量比和断裂韧性。在这里，我们阐明了隔离，短程秩序和加强NbMoTaW MPEA通过原子模拟与高度准确的机器学习原子间的潜力之间的复杂相互作用。在单晶MPEA，我们发现大大降低了各向异性的临界解决之间的剪切应力螺旋和刃位错相比，元素金属。在多晶MPEA中，我们证明了结晶驱动的Nb偏析到晶界（GBs）和晶粒内的W富集加剧了所观察到的短程有序（SRO）。由于Nb富集而增加的GB稳定性降低了von Mises应变，导致比随机固溶体MPEA更高的强度。这些结果突出了同时调整GB组成和本体SRO以定制MPEAs的机械性能的需要。
2020-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Ductility from Shear Amorphization: From Pure Metals to Multi-Principal-Element Alloys
Center for Computing Research, Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室计算研究中心）；Ames National Laboratory（艾姆斯国家实验室）；Iowa State University（爱荷华州立大学）；The Scientific Review（科学评论）
提出基于剪切非晶化激活能密度的本征延展性预测框架，统一解释纯金属和固溶体合金的延性行为，并通过Nb-Ta-V-Ti体系验证其快速设计多主元合金的实用性。
2026-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Current progress in corrosion of multi principal element alloys
本文综述多主元合金腐蚀的电化学特征与机理研究方向，并建立含成分、电解液和腐蚀参数的综合数据库，以支持机器学习和数据分析。
2024-05-09 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Temperature-dependent discovery of BCC refractory multi-principal element alloys: Integrating deep learning and CALPHAD calculations
本文提出用深度学习代理模型加速CALPHAD相分数预测，在Ti-Fe-Al-V-Ni-Nb-Zr空间中筛选单相BCC难熔多主元合金，并开发解析模型实现快速可解释识别。
2025-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Efficient small-cell sampling for machine-learning potentials of multi-principal element alloys
针对多主元合金机器学习势训练数据构建难题，提出仅用一元和二元小晶胞结构的SCS方法，实现一次性高效生成代表性数据集，并在多个合金体系中验证其准确性。
2025-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Strengthening in multi-principal element alloys with local-chemical-order roughened dislocation pathways
高熵合金（HEAs）被认为具有与多种元素以近乎相等的比例理想混合的固溶体（SS）一样高的构型熵。然而，除了在非常高的温度下，双晶相互作用不可避免地使这种化学无序的SS罕见和亚稳态。在这里，我们强调了一个结构特征，这些集中的SS除了传统的溶剂-溶质的：HEAs具有各种各样的（本地）化学排序（LCO）。我们的原子模拟采用经验的原子间势NiCoCr显示，LCO的多主元素SS的合金加工条件的变化显着，产生了广泛的广义平面故障能量的样品平均值和空间变化。我们进一步表明，LCO提高了能源景观的坚固性，并提出了激活障碍位错活动。这不仅影响了在滑移、断层、孪晶和马氏体相变中位错路径的选择，而且通过纳米级段脱陷的新机制增加了位错运动的晶格摩擦，从而提高了机械强度。所有这些都为基态SS或金属间化合物开辟了一个广阔的运动场，提供了丰富的调整性能的机会。
2019-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Pseudoelastic deformation in Mo-based refractory multi-principal element alloys
由密度泛函理论方法支持的相图对于设计作为多主元素$-$合金的子集的高熵合金是至关重要的。我们提出了五元（MoW）$_{x}$ Zr $_{y}$（TaTi）$_{1-x-y}$耐火高熵合金的相和性能分析相结合的计算相图（CALPHAD）和密度泛函理论的结果，辅以分子动力学模拟。通过计算和密度泛函理论相稳定性分析表明，该五元体的富钼钨区具有稳定的单相体心立方结构。我们报道了具有伪弹性行为的Mo $-$ W $-$ Ta $-$ Ti $-$ Zr合金族的第一个五元组成，即，应力滞后$-$应变。我们的分析表明，只有Mo $-$ W $-$富含Mo $-$ W $-$ Ta $-$ Ti $-$ Zr的成分，即，Mo $+$ W $\ge$ 85原子%，显示出在应力-应变中可再现的滞后现象，这是伪弹性行为的原因。基于温度依赖性相图分析和分子动力学模拟预测的弹性行为（其揭示了孪生辅助的伪弹性行为），对（MoW）$_{85}$ Zr $_{7.5}$（TaTi）$_{7.5}$进行下选择。虽然在体心立方晶体中大多未被探索，但孪生是晶体固体中与位错滑移竞争的基本变形机制。该合金在单轴$\lt$ 100 $\gt$加载期间显示出相同的循环变形特征，即，伪弹性在加载方向上是各向同性的。此外，从77到1500 K的温度升高增强了加载-卸载循环中的弹性应变恢复，提供了可能的控制来调整伪弹性行为。
2021-09-05 cond-mat.mtrl-sci
A ductility metric for refractory-based multi-principal-element alloys
提出量子力学局部晶格畸变（LLD）度量，结合电负性差异与价电子计数，准确预测难熔多主元合金延性，揭示电子结构起源。
2023-06-26 cond-mat.mtrl-sci
A primitive machine learning tool for the mechanical property prediction of multiple principal element alloys
针对多主元合金成分依赖的力学性能预测问题，本文基于专门数据集训练多种机器学习模型，开发成分解析器并用Gradio构建交互界面，提供基础预测工具与可复用工作流程。
2023-08-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Tuning chemical short-range order for stainless behavior at reduced chromium concentrations in multi-principal element alloys
本研究提出通过调控多主元合金的化学短程有序参数，在低Cr含量下借助少量Al实现与304L不锈钢相当的钝化行为。
2024-02-29 cond-mat.mtrl-sci
Low temperature dynamics and kinetics of dislocation motion in the high-entropy alloy Al$_{0.5}$CoCrCuFeNi
本文通过塑性变形与声学弛豫分析，揭示了高熵合金Al$_{0.5}$CoCrCuFeNi中主导位错缺陷、势垒类型及室温和低温下的热激活运动机制，并基于现代位错理论给出了关键相互作用的定量估计。
2024-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Experimentally validated and empirically compared machine learning approach for predicting yield strength of additively manufactured multi-principal element alloys from Co-Cr-Fe-Mn-Ni system
针对增材制造多主元合金屈服强度传统预测方法的局限，本研究提出关联成分、打印参数与测试条件的机器学习方法，R²达0.84，经实验验证有效，可指导增材制造工艺、加速性能探索。
2024-09-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Diffusion coefficients of multi-principal element alloys from first principles
École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）
本文提出eLCE方法，通过第一性原理计算与动能蒙特卡洛模拟计算多组分扩散系数，发现局部动能障碍主导扩散行为，通过筛选六元体系确定反迟滞扩散组成。
2026-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Short-range order and its impacts on the BCC NbMoTaW multi-principal element alloy by the machine-learning potential
本文利用神经网络机器学习势研究短程有序对BCC NbMoTaW多主元合金力学性能的影响，揭示Mo-Ta局部B2有序结构及其对弹性、声子和位错摩擦的强化作用，为计算指导MPEA设计提供新途径。
2022-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Effect of surface hydrogen on the anomalous surface segregation behavior of Cr in Fe-rich Fe-Cr alloys
已知Cr在稀Fe-Cr合金中的偏析行为是异常的，因为这些合金中Cr的表面偏析的主要障碍不是来自最顶部的表面层，而是来自次表面层，其中Cr的溶解能与最顶部的表面层相比吸热得多。铁铬合金是新一代核反应堆的候选结构材料。这些合金的表面将在这些反应器中暴露于氢或其同位素，尽管氢既不溶于Fe也不溶于Fe-Cr合金，但已知氢在铁表面上的吸附能不仅是放热的，而且相对较大。这清楚地提出了吸附在铁表面上的氢对铬向铁表面的偏析行为的影响的问题。在本文中，我们表明，我们的从头计算密度泛函理论计算的基础上，铁表面上的氢的存在下，导致一个大大减少的障碍铬偏析的最高表面层和次表层，但次表层仍然控制的障碍表面偏析。表面偏析屏障的这种降低是由于以复杂和协同方式起作用的Cr-H对的性质。Cr的存在增强了氢吸附的放热性质，这又导致表面偏析的屏障降低。这些结果应包括在铁铬合金的多尺度模拟。
2013-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the phase stability in multi-principal-component AlCuFeMn alloy
本文结合DFT计算与AIMD模拟，通过吉布斯自由能及多种熵贡献预测等摩尔AlCuFeMn多主元合金的相稳定性，结果与室温实验吻合，可为其他复杂多主元合金体系提供相预测方法。
2024-05-02 cond-mat.mtrl-sci
The influence of transition metal solutes on dislocation core structure and values of Peierls stress and barrier in tungsten
研究了几种过渡金属以评估它们改善钨的延展性的潜力。采用第一性原理电子结构计算方法研究了钨-过渡金属二元合金（W $_{1-x}$ TM $_{x}$）中$1/2<111>$螺型位错的位错芯结构、Peierls应力和势垒。采用周期性四极子方法模拟了$1/2<111>$位错的结构。采用虚晶近似对过渡金属合金化过程进行了模拟，并通过计算钨合金的平衡点阵参数和弹性常数来评估该方法的适用性。与实验数据和从传统的超原胞方法获得的结果得到了合理的协议。增加来自VIIIA族的过渡金属（即以Fe、Co和Ni为首的列中的元素）的浓度导致$C^\prime$弹性常数的降低和弹性各向异性A= $C_{44}/C^\prime$的增加。将W与VIIIA族过渡金属合金化将位错核心的结构从对称改变为不对称，类似于在Romaner { \it等人}的早期工作中对于W $_{1-x}$ Re $_{x}$合金获得的结果（Phys.Rev.Lett. 104，195503（2010））\comments{\cite{WRECORE}}。除了在核心对称性的变化，佩尔斯应力和势垒的值减少。后一种效应可导致钨基合金\comments{\cite{WRECORE}}的延展性增加。我们的研究结果表明，合金化与任何过渡金属从VIIIA组应该有类似的效果合金化与Re。
2012-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Microstructural and compositional design principles for Mo-V-Nb-Ti-Zr multi-principal element alloys: a high-throughput first-principles study
由于多主元素合金（MPEAs）的成分空间很大，合理设计MPEAs以优化其微观组织是困难的。因此，高通量的第一性原理研究的Mo-V-Nb-Ti-Zr，耐火MPEA，进行深入了解底层的微观结构。使用蒙特卡罗模拟供电的集群扩展，我们发现的原则，管理MPEA的微观结构在一个大的组成空间，包括非等原子的组合物，并包括组成的二元，三元和四元。在休谟-Rothery规则的精神完全固溶度，我们提出了一个定量的表达式预测固溶体形成的组合物。在一个一致的框架内，我们的研究结果再现微观结构的观察（固溶体与偏析）从许多实验，并提供微观结构的预测，在成分空间中的未探索的地区。我们的工作阐明了MPEA的微观结构中的元素的分离和聚类趋势，提出了一套简单但功能强大的设计原则，为未来的实验，合理设计MPEA与所需的微观结构，优越的机械性能。
2021-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Bond-informed search for ordered configurations in multi-principal element alloys
Villanova University（维拉诺瓦大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文提出MECx框架，用键合计数空间训练的代理能量模型引导蒙特卡洛搜索，在多主元合金中识别出更低能的有序构型，模型可迁移至二元子系统，结果与DFT计算一致。
2026-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Uncertainty-aware phase fraction prediction and active-learning-guided out-of-domain discovery of refractory multi-principal element alloys
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Johns Hopkins Applied Physics Laboratory（约翰斯·霍普金斯应用物理实验室）
本文提出基于MDN的深度学习框架，用于预测难熔多主元合金的相分数并量化不确定性，通过主动学习发现新合金，提升发现高绩效合金的可靠性和效率。
2026-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Phase Classification of Multi-Principal Element Alloys via Interpretable Machine Learning
有强烈的兴趣，在揭示设计规则，管理作为多主元素合金（MPEAs）的化学组成的函数的各种结构相的形成。在本文中，我们开发了一种机器学习（ML）的方法，建立在集成学习，事后模型解释的黑箱模型和聚类分析的基础上，建立一个定量的化学成分和实验观察阶段的MPEAs之间的关系。我们工作的新颖性源于基于分解方法对ML预测进行实例级（或局部）变量归因分析，然后基于分解结果的k均值聚类分析识别相似实例。我们还使用Ceteris Paribus配置文件来补充故障分析，这些配置文件展示了当所有其他变量的值固定时，模型响应如何作为单个变量的函数变化。局部模型可解释性分析的结果揭示了控制每个阶段形成的变量的关键见解。我们开发的方法是通用的，模型不可知的，并且对于解释黑盒模型所学到的见解是有价值的。开发了一个交互式Web应用程序，以促进模型共享并加速具有目标属性的新型MPEAs的设计
2021-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Multi-principal element grain boundaries: Stabilizing nanocrystalline grains with thick amorphous complexions
非晶配合物最近被证明可以同时提高某些纳米晶合金的延展性和稳定性。在这项研究中，三个五元合金（Cu-Zr-Hf-Mo-Nb，Cu-Zr-Hf-Nb-Ti和Cu-Zr-Hf-Mo-W）进行了研究，以测试的假设，增加晶界的化学复杂性将导致更厚的非晶络合物，并进一步稳定的纳米晶显微组织。在Cu-Zr-Hf-Nb-Ti合金中观察到Zr、Nb和Ti的显著边界偏析，这产生了四元界面组成，即使在约97%的熔化温度下1周后，也将平均晶粒尺寸限制在63 nm。这种高水平的热稳定性归因于复杂的晶界化学和多组分偏析导致的非晶结构。高分辨率透射电子显微镜显示，在Cu-Zr-Hf-Nb-Ti合金的晶界区域的化学复杂性的增加，结果在一个平均的非晶络合物厚度为2.44 nm，约44%和32%厚比以前观察到的Cu-Zr和Cu-Zr-Hf合金的非晶络合物。
2021-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Exploration of Spinodal Decomposition in Multi-Principal Element Alloys (MPEAs) using CALPHAD Modeling
本文提出基于自由能Hessian矩阵的CALPHAD框架，结合高维Gibbs单纯形几何分析多主元合金中调幅分解的浓度调制，并应用于多种多相MPEAs，揭示其仅对特定浓度调制不稳定，为微观结构工程合金设计提供依据。
2021-12-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lattice vacancy migration barriers in Fe-Ni alloys, and why Ni atoms diffuse slowly: An ab initio study
United Kingdom Atomic Energy Authority（英国原子能管理局）；University of Warwick（华威大学）；H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol（布里斯托大学H.H.威尔斯物理实验室）；Northeastern University（东北大学）
通过第一性原理计算研究铁镍合金中Fe和Ni原子的迁移行为，发现Ni原子比Fe原子移动更慢，原因与电子自旋极化结构有关。
2026-05-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Multi-scale Investigation of Chemical Short-Range Order and Dislocation Glide in the MoNbTi and TaNbTi Refractory Multi-Principal Element Alloys
本文结合机器学习原子间势与相场位错动力学，揭示MoNbTi和TaNbTi中化学短程有序通过改变非稳定层错能及其离散程度影响位错滑移应力与硬化行为。
2022-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic and data-driven insights into the local slip resistances in random refractory multi-principal element alloys
South China University of Technology（华南理工大学）；University of Oklahoma（俄克拉荷马大学）；Stanford University（斯坦福大学）；University of California, Santa Barbara（加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校）
本文通过原子模拟和机器学习研究了随机难熔多主元合金中局部滑移阻力的机制，揭示了成分和晶格畸变对位错行为的影响，并开发了预测屈服应力的模型。
2026-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
On-lattice voxelated convolutional neural networks for prediction of phase diagrams and diffusion barriers in cubic alloys
团簇展开用多项式回归近似晶格上的势。我们表明，由于网络的深度，使用卷积神经网络（CNN）反而会带来更准确的预测。我们直接在立方晶格点上构建我们的CNN势，表示3D图像中的体素，并将我们的方法称为体素化CNN（VCNN）。卷积层自动将交互项集成到回归量中;因此，不需要明确定义聚类。作为一个模型系统，我们结合我们的VCNN势与蒙特卡罗模拟上的Ni $_{1-x}$ Al $_x$（$x$ < 30%）和预测无序到有序的相变小于1 meV/原子的误差。我们还预测了充满活力的景观空位扩散。形成能的分类相对于短程有序的Al合金周围的空位表明，有序的Ni扩散的概率降低。由于我们的输入层的宽度不依赖于原子组成，VCNN可以应用于研究具有任意数量的元素和空晶格位置的合金，而无需额外的计算成本。
2021-03-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Anisotropic Short-Range Order Modulates Ferroelectric Switching in Wurtzite ScAlN Alloys
George Washington University（乔治华盛顿大学）
通过第一性原理规范采样发现，纤锌矿ScAlN中存在强各向异性短程有序，显著影响本征翻转势垒，为不改变组分调控铁电翻转提供了新自由度。
2026-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Mechanism of Local Lattice Distortion Effects on Vacancy Migration Barriers in FCC Alloys
准确预测多组分合金中的空位迁移能垒$ΔE_a$是极具挑战性的，但对于许多技术应用中模拟合金行为所需的扩散转变动力学的发展至关重要。本文采用密度泛函理论和轻推弹性带方法计算了$ΔE_a$和多个（>1000个）空位迁移事件的能量驱动力$ΔE$，结果表明，在模型面心立方Al-Mg-Zn合金的不同局部化学环境中，$ΔE_a$有很大的变化（~ 1 eV）。由于与基体元素（Al）尺寸不同的溶质原子（例如Mg）引起的局部晶格畸变效应，一类迁移原子的$ΔE_a$的变化主要源于$Δe_a\equiv ΔE_a - \frac{1}{2}ΔE$的波动。为了理解波动，示出了一个四次函数，以准确地描述每个空位迁移事件的最小能量路径（MEP）的能量景观。四次函数的分析表明，$Δe_a$可以近似为$Δe_a \approx αk_fD^2$，其中$α\sim 0.022$是一个常数的所有类型的迁移原子。这里，$D$是迁移原子在两个相邻平衡位置之间的距离，而$k_f$是该原子在这两个平衡位置处的平均振动弹簧常数。$k_f$和$D$定量描述了晶格畸变对不同局部化学环境中MEP初态和终态曲率和位置的影响。我们还使用本地晶格占位作为输入训练代理模型来预测四次函数的系数，该四次函数准确有效地输出$ΔE_a$和$ΔE$作为Al-Mg-Zn合金中扩散转变的介观研究的必要输入。
2022-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Effects of the local chemical environment on vacancy diffusion in multi-principal element alloys
多主元素合金（MPEAs）是一种具有极大组成空间和空间变化的化学环境的新型材料，与传统材料相比，具有优异的性能。然而，由于问题的大规模，从局部化学环境预测基本性质是具有挑战性的。为了研究这个基本问题，我们采用原子模拟（从头算和分子动力学）和卷积神经网络（CNN）的组合，以评估点缺陷和迁移能量在等摩尔CoFeCrNi MPEA。我们展示了如何使用一个小的局部化学环境的子集，可以合理的精度预测点缺陷的能量。使用CNN，我们开发了一个晶格蒙特卡罗模拟，计算迁移路径和扩散率的空缺。值得注意的是，我们的工作说明了如何当地的化学环境导致上升的点缺陷能量，这是负责空位的宏观扩散的分布函数。特别是，我们观察到，空位被困在超级盆地包围的大迁移和低迁移能态。因此，空位扩散率高度依赖于环境，并且对于给定的温度可以改变几个数量级。我们的工作说明了理解MPEAs中的性质的重要性，这取决于局部化学环境和CNN提供计算高维空间中能量的模型的能力，该模型可用于将事物扩展到高阶模型。
2022-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Decoding the hidden dynamics of super-Arrhenius hydrogen diffusion in multi-principal element alloys via machine learning
提出融合机器学习力场、神经网络动力学蒙特卡洛与符号回归的框架，揭示BCC MoNbTaW中氢扩散的超阿伦尼乌斯规律及SRO影响。
2024-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the impact of Ti/Al on L12 nanoprecipitation and deformation behavior in CoNiFeAlTi multi-principal element alloys through atomistic simulations
通过混合MD/MC模拟研究CoNiFeAlTi多主元合金中Ti/Al对L12纳米析出的影响，发现析出提高层错能和屈服强度，位错剪切4-8nm析出物增强强度并保持延展性。
2025-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Thermal relaxation of magnetic clusters in amorphous Hf_{57}Fe_{43} alloy
通过对磁滞回线、磁化强度的温度依赖性、磁化弛豫和交流磁化率（包括非线性项）的详细测量，研究了二元磁性/非金属玻璃Hf_{57} Fe_{43}的磁化过程。在较低温度下磁矩的阻断伴随着磁化和磁滞回线的缓慢弛豫。所有观察到的属性解释与超顺磁性行为的单畴磁性团簇内的磁致伸缩主机，其阻塞的各向异性障碍和热波动的障碍伴随着弛豫的磁化。从磁粘度分析的基础上的各向异性障碍的热弛豫，它被发现，磁性团簇占据的特征体积从25到200纳米3。Hf_{57} Fe_{43}的超顺磁性模型的有效性是基于Hf_{100-x} Fe_{43}系统中的铁浓度，其刚好低于长程磁有序的阈值。这项工作也为其它金属玻璃的磁行为提供了更多的线索。
2007-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Investigating the real-time dissolution of a compositionally complex alloy using inline ICP and correlation with XPS
采用在线电感耦合等离子体法研究了单相复合合金Al 1.5TiVCr的实时溶解过程。成分复杂合金（CCA）是一个涵盖高熵合金（HEAs）或多主元素合金（MPEAs）的术语，通常以其固有的高耐腐蚀性而闻名。为了深入了解Al 1.5TiVCr合金的溶解，原子发射光谱电化学被用来测量在阳极极化过程中的合金的离子溶解。结果表明，发生不一致的溶解，与优先溶解的Al，和基本上没有溶解的Ti，直到合金击穿点。结果与X-射线光电子能谱学，揭示了一个复杂的表面氧化物包括未氧化的金属，和金属氧化物的不成比例的本体合金化元素的比例。
2019-08-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Phase-Field Modelling of Transformation Pathways and Microstructural Evolution in Multi-Principal Element Alloys
最近开发的难熔多主元素合金（MPEA），AlMo $_{0.5}$ NbTa $_{0.5}$ TiZr，显示出有趣的微观结构，具有无序相的立方沉淀物（$β$，bcc）相干嵌入有序相（$β'$，B2）基质，不像常规的Ni基超合金，其中有序相（$γ'$，L12）是沉淀相，无序相（$γ$，fcc）是基质相。了解导致这种微结构的相变途径（PTP），以便为特定的工程应用定制微结构，这变得至关重要。在这项研究中，我们首先提出了一个可能的PTP导致的微结构，并采用相场法模拟沿PTP的微结构演变。然后，我们探讨可能的PTP和材料参数，导致一个倒置的微观结构与有序相的沉淀相和无序相的基体相，微观结构类似于在镍基高温合金中观察到的。我们发现，为了保持沉淀物作为高度离散的颗粒沿这些PTP，沉淀相的体积分数需要小于基体相的体积分数，并且沉淀相的弹性刚度应高于基体相的弹性刚度。
2021-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Exploration of the High Entropy Alloy Space as a Constraint Satisfaction Problem
高熵合金（HEAs）、多主成分合金（MCA）或成分复杂合金（CCA）是含有多种主要合金元素的合金。虽然许多HEAs已被证明具有独特的性质，但它们的发现主要是通过昂贵且耗时的试错方法完成的，只有整个可能的组成空间的极小部分被探索。在这项工作中，HEA组成空间的探索被框定为一个连续的约束满足问题（CCSP），并解决了使用一种新的约束满足算法（CSA）的快速和强大的探索合金热力学空间。该算法用于发现满足所需相组成要求的HEA组成-温度空间中的区域。该算法是针对一个新的（TCHEA 1）CALPHAD HEA热力学数据库。该数据库首先通过比较相稳定性预测与实验进行验证，然后CSA部署和测试的设计任务，包括识别不仅在三元，四元和五元组成空间的单相固溶体区域，但也识别的区域，可能会产生沉淀强化HEAs。
2018-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Interplay of Strain Relaxation and Chemically Induced Diffusion Barriers: Nanostructure Formation in 2D Alloys
我们研究了在亚单层异质外延过程中，由本体不混溶的吸附物组成的交替条纹纳米结构的形成。我们评估了文献中考虑的两种机制的影响：（i）交替排列的吸附物物种的应变弛豫，及（ii）由于化学诱导的扩散障碍的动力学偏析。一个模型三元系统的两个吸附物与相反的失配相对于基板，和对称的结合研究的非晶格以及晶格动力学蒙特卡罗模拟。我们发现，机制（i）或（ii）都不能单独解释已知的实验观察。相反，需要两者的结合。我们提出了一个非晶格模型，它允许定性再现的条纹图案以及岛的衍生物与最近的实验观察CoAg/Ru（0001）[R。Q. Hwang，Phys. Rev. Lett. 76，4757（1996）]。的条纹宽度和岛的分歧程度上的错配和两种吸附质类型之间的相互作用强度的定量依赖关系。试图捕捉一个简化的格子气模型的基本特征表明，一个详细的非本地效应的纳入是必要的。
2004-11-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Accelerated intermetallic phase amorphization in a Mg-based high-entropy alloy powder
本研究提出通过高能机械研磨结合多主元引入熵无序的方法，加速富Mg-Ti不混溶金属混合物向稳定非晶高熵合金粉末的转变，揭示了相变机制并验证了非晶相的退火稳定性。
2024-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Microstructural engineering by heat treatments of multi-principal element alloys via spinodal mediated phase transformation pathways
本研究利用高通量相场模拟系统探究了单步等温时效、两步等温时效和连续冷却等热处理方案对多主元合金调幅介导相变路径及微观结构的影响，发现连续冷却可反转微观结构拓扑，两步时效能设计出新型分层结构，为微观结构工程提供启示。
2023-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Body Diagonal Diffusion Couple Method for Estimation of Tracer Diffusion Coefficients in a Multi-Principal Element Alloy
体对角扩散偶法估计n个组分体系中的（n-1）2个互扩散系数要求（n-1）个扩散路径在（n-1）维空间中相交或紧密通过。这些相互扩散系数与n（n-1）个内禀（或n个示踪剂扩散系数）有关，尽管它们对于理解扩散的原子机制和材料的物理机械性质很重要，但在多组分系统中的Kirkendall标记实验之后，不能容易地估计它们。在这项研究中，示踪剂的扩散系数的估计，从只有两个扩散配置文件以下的概念，身体对角扩散偶方法在多组分系统的演示。随后，可以估计内禀系数和互扩散系数。这在很大程度上减少了总体工作量，因为它只需要两个而不是（n-1）个扩散分布，而不管组分的数量，具有能够估计所有类型的扩散系数的额外益处。可用的示踪剂扩散系数估计放射性示踪剂的方法进行比较，在这项研究中估计的数据，按照这种方法。该方法也可推广到放射性示踪剂法不适用的体系。
2022-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Kinetic Monte Carlo simulations of vacancy diffusion in non-dilute Ni-X (X=Re,W,Ta) alloys
空位在合金中的移动性可以限制位错攀移。采用结合密度泛函理论和动力学Monte Carlo方法研究了Ni-Re、Ni-W和Ni-Ta二元合金中空位扩散的行为溶质浓度我们引入了一个相互作用模型，考虑到接近扩散原子的化学环境，以捕获溶质-宿主和溶质-溶质相互作用对扩散势垒的影响。与理想固溶体相反，不仅溶质原子的扩散势垒影响空位迁移率，而且主要是由于溶质原子的存在而引起的宿主扩散势垒的变化。这是由以下事实证明的：所观察到的空位减速作为溶质浓度的函数在Ni-W中比在Ni-Re中更大，即使Re是比W更慢的扩散体。因此，为了模拟复杂的非稀合金中的扩散，不可避免地要明确处理相互作用能。在镍基高温合金的背景下，可以得出两个结论，从我们的动力学蒙特卡罗模拟：观察到的空位迁移率的放缓是不足以成为所谓的Re效应的唯一原因;和假设空位迁移率，位错攀移，蠕变强度之间的直接相关性的实验观察到的W和Re在提高蠕变强度的类似效果可以得到证实。
2018-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Unipolar Vertical Transport in GaN/AlGaN/GaN Heterostructures
在这封信中，我们报告单极垂直输运特性的c面GAN/AlGaN/GAN异质结构。发现具有随机合金势垒的异质结中的垂直电流与位错密度和异质结势垒高度无关，并且显著高于理论估计。由于在三元AlGaN中的随机合金波动的基于渗滤的传输被建议为主导的传输机制，并通过实验证实，非随机或数字AlGaN合金和极化工程二元GAN势垒可以消除渗滤传输和减少泄漏显着。垂直传输的理解和有效的控制方法，在这里提出将极大地影响III族氮化物单极垂直器件。
2013-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ubiquitous short-range order in multi-principal element alloys
该研究通过增材制造与定量电镜表征发现CoCrNi基多主元合金中的短程有序在凝固过程中普遍形成，且对冷却速率和退火不敏感，为SRO工程调控提供了新思路。
2024-02-23 cond-mat.mtrl-sci
