Atomistic mechanism and interface-structure-energetics of van der Waals epitaxy demonstrated by layered alpha-MoO3 growth on mica
Uppsala University（乌普萨拉大学）；Linköping University（林雪平大学）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；PLATIT AG；Rensselaer Polytechnic Institute（伦斯勒理工学院）
本研究揭示了通过在云母上生长层状 alpha-MoO3 的范德华 epitaxy 原子机制，通过X射线衍射和电子显微镜发现大柱状晶体在三个非等价平面取向中呈现，结合无应变累积证实范德华 epitaxy，并通过第一性原理计算显示界面能量最低与Mo和K原子间高接近性相关。
2026-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Atomistics of vapor-liquid-solid nanowire growth
气-液-固（VLS）路线及其变体通常用于可规模化合成半导体纳米线，但基本的生长过程仍然未知。在这里，我们采用基于模型势的原子尺度计算来研究金催化硅纳米线（SiNWs）的稳定性和生长。平衡研究揭示了偏析在固体状表面的催化剂颗粒，液体AuSi液滴，和富硅液滴-纳米线界面包围的异质截断面。液滴的过饱和导致在截断刻面上的快速1D生长和在主刻面上的慢得多的成核控制的2D生长。表面扩散被抑制，并且过量的Si通量通过液滴本体发生，该液滴本体与富Si界面和接触线一起降低了主刻面上的成核势垒。随后的台阶流动通过Au扩散远离台阶边缘而被修改。我们的研究突出了半导体纳米线阵列的形态和成分控制的关键界面特性。
2013-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of thermodynamic properties of liquid gallium from first principles
针对液体模拟中力场不精确和忽略核量子效应的挑战，采用深度势结合量子热浴的第一性原理方法，成功描述了液态镓的相变过程并准确获得了其热力学性质，为无序系统研究开辟了新范式。
2023-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Polarizability Versus Mobility: Atomistic Force Field for Ionic Liquids
基于经典的分子动力学模拟，讨论了库仑相互作用对含1，3-二甲基咪唑（MMIM+）、N-丁基吡啶（BPY+）和双（三氟甲磺酰）亚胺（TFSI-）离子的室温离子液体（RTIL）的一系列性质的影响.离子传输被发现是显着阻碍了过量的库仑能，源于忽略电子极化在这些RTIL的凝聚相。从模型开始，最近建议由洛佩斯和帕多瓦，我们表明，现实的离子动力学可以实现的所有相互作用网站上的静电荷的统一缩放。原始模型系统地高估了RTIL的密度和汽化热。由于密度线性依赖于电荷缩放，因此可以将其用作方便的信标以迅速导出正确的缩放因子。基于[BPY][TFSI]和[MMIM][TFSI]在宽温度范围内的模拟，我们得出结论，所建议的技术是可行的，大大提高质量的已经存在的非极化FFs的RTIL。
2011-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Insights into Cu/amorphous-Ta$_x$N Interfacial Adhesion via Machine Learning Interatomic Potentials: Effects of Stoichiometry and Interface Construction
该研究利用MLIP驱动的SMD模拟，考察三种界面构建方式和Ta成分对Cu/a-Ta$_x$N粘附强度及失效机制的影响，为无衬层互连的界面原子工程提供依据。
2025-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Liquid-liquid phase transition in an atomistic model glass former
玻璃化转变是由潜在的奇点引起的还是纯粹的动力学现象是一个重要的悬而未决的问题。研究原子玻璃形成，我们介绍了一种采样方法来访问对应的动态制度的温度通常很难达到与计算机模拟。我们在比热中发现了一个峰值，我们将其解释为态密度的下降。我们进一步提出了一个液-液过渡到一个国家丰富的本地有利的结构有关最近发现的动态相变的证据。
2017-09-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A comparison of finite element and atomistic modelling of fracture
界面的内聚规律是否足以用内聚带模型模拟多晶体断裂？我们研究这个问题，通过比较一个完全原子模拟的硅多晶有限元模拟具有类似的整体几何形状。在有限元模拟中使用的凝聚力的法律原子地测量。我们详细描述了如何将原子晶界断裂模拟的输出转换为内聚区模型所需的分段线性形式。我们讨论了晶界微观参数（界面的截面的选择，相对于彼此的晶粒的平移，和每个晶格取向的切割平面）上的凝聚力的法律和多晶断裂的影响。我们发现，在较低水平的外部应力的原子模拟断裂，表明在原子模拟断裂的开始可能是由不规则的原子结构在外面，内部边缘，角落，和晶粒的交界处占主导地位。因此，单独的界面的内聚特性可能不足以使用连续方法来模拟多晶体的断裂。
2008-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Double layer in ionic liquids: capacitance vs. temperature from atomistic simulations
本研究结合分子动力学模拟与密度泛函理论计算，探究石墨烯-EMImBF₄离子液体界面中温度和电势对微分电容的影响，揭示了结构与电容的关联、温度效应及量子电容修正的作用，为相关电化学器件应用提供依据。
2022-01-27 cond-mat.mtrl-sci
A Dynamic Atomistic-Continuum Method for the Simulation of Crystalline Materials
本文提出了一种用于模拟晶体材料缺陷和界面动力学的耦合原子-连续介质方法。该方法使用原子模型，如分子动力学附近的缺陷和接口，和连续模型远离缺陷和接口。我们提出了一类新的原子区域和连续区域之间的匹配条件。这些条件确保了原子和连续区之间大尺度信息的准确传递，同时使原子-连续界面处声子的反射最小化。如果我们选择适当的权重函数，它们可以自适应。我们目前的应用位错动力学，二维晶体表面之间的摩擦和断裂动力学。我们比较的耦合方法和详细的原子模型的结果。
2001-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic study of an ideal metal/thermoelectric contact: the full-Heusler/half-Heusler interface
Half-Heusler合金如（Zr，Hf）NiSn金属间化合物是用于将废热转换为电能的重要热电材料。在半赫斯勒材料和金属接触之间的热界面处降低电阻率对于器件性能是至关重要的，然而这在实践中尚未实现。最近的实验工作表明，半赫斯勒和全赫斯勒化合物之间的相干界面可以形成由于过渡金属原子扩散到空的半赫斯勒晶格的子晶格。我们从理论上研究这样的接口使用第一性原理为基础的方法，结合{ \it从头计算与宏观建模的结构和电子性质。我们发现，原型界面HfNi $_2$ Sn/HfNiSn提供非常低的接触电阻率和几乎欧姆行为在很宽的温度范围和掺杂水平。考虑到这些界面在很宽的温度范围内保持稳定的潜力，我们的研究表明，全Heusler可能为半Heusler提供近乎理想的电接触，可用于高效的热电发电机设备。
2018-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic modeling of metal-nonmetal interphase boundary diffusion
本研究通过原子模拟探究Al-Si相界的结构与扩散特性，发现界面诱导再结晶机制、界面断错可加速扩散，且相界扩散机制与金属晶界类似，为金属-陶瓷界面研究提供原子尺度依据。
2023-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Thermal interface conductance between aluminum and aluminum oxide: A rigorous test of atomistic level theories
我们报告了有史以来第一次准确的理论预测的任何材料界面的热导率。Al-蓝宝石（α-Al 2 O3）界面沿（111）Al晶向的界面热导||（0001）Al_2O_3在50-500 K温度范围内的计算采用两种根本不同的方法：界面电导模态分析（ICMA）和原子格林函数（AGF）。虽然AGF overpredicts界面电导，无论是定量和定性预测的ICMA是例外的时域热反射（TDTR）的实验数据相比。ICMA结果的平均误差小于5%。我们认为，准确的理论预测ICMA可以归功于一个更基本的处理界面热通量的声子气体模型（PGM）和列入非谐全阶。ICMA还给出了本征模式水平的细节，揭示了纳米级的热传输的图片：超过90%的电导是由部分扩展模式的Al和Al 2 O3之间的互相关（相互作用），其余的归因于界面模式。这是燃烧传热研究的一个重要里程碑，使材料科学家能够合理设计推进剂结构，以服务于长距离推进任务。
2018-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Phonon transmission across Mg2Si/Mg2Si1-xSnx interfaces: A first-principles-based atomistic Green's function study
由于声子在纳米材料界面上的传输对于确定纳米材料的有效热导率具有重要意义，近年来利用原子模拟工具对声子在不同材料界面上的传输进行了深入的研究。原子格林函数（AGF）方法结合第一性原理计算得到的原子间力常数，已发展成为研究许多尚未得到充分研究的材料体系中声子传输的一种有前途的方法。然而，当体系中存在原子无序时，直接FP计算原子间力常数变得不可行。通常使用质量近似，但其有效性尚未得到验证。在本文中，我们采用高阶力常数模型提取谐波力常数从FP计算，这源于虚晶体近似，但考虑了本地力场差异。作为将FP计算中的高阶力常数模型与AGF相结合的可行性论证，我们研究了Mg 2Si/Mg 2Si 1-xSnx系统中的声子传输。当与AGF相结合时，发现广泛使用的质量近似过度预测了Mg 2Si/Mg 2Sn界面的声子传输。这种差异可以归因于在质量近似中没有局域应变场诱导的散射，这使得高频声子散射较小。研究了高效“合金中纳米颗粒”热电材料中常见的晶体-合金界面声子输运的频率依赖性。当Sn含量小于40%时，Mg_2Si/Mg_2Si_（1-x）Sn_x界面热阻随Sn含量的变化不大，但当Sn含量大于40%时，由于Mg_2Si_（1-x）Sn_x合金中高频声子态密度的变化，界面热阻迅速增大。
2015-01-16 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 origin of exchange anisotropy in $γ$-IrMn$_3$-CoFe bilayers
交换作用决定了原子自旋的铁磁（FM）或反铁磁（AFM）有序。当铁磁体和反铁磁体耦合在一起时，它们通常表现出交换偏置效应，即单向界面交换场引起磁滞回线的移动。这种界面交换场的有效大小最多是体交换的百分之几，这是由反铁磁体中的钉扎界面自旋引起的。已知钉扎自旋只占界面自旋总数的一小部分，但它们的确切性质和物理起源迄今为止还很难理解。在这里，我们表明，在技术上重要的$γ- IrMn_3/CoFe$结构的钉扎界面自旋实际上是离域的整个界面层。由于自然原子无序，反铁磁体中每个磁性子晶格中的自旋数量的微小不平衡产生钉扎自旋。这些被钉扎的自旋强烈地耦合到体反铁磁体，解释了它们显著的稳定性。此外，我们发现，铁磁体强烈扭曲的反铁磁体的界面自旋结构，导致一个大的可逆界面磁化，不有助于交换偏置。钉扎界面自旋的意外离域性质解释了它们的数量和稳定性，揭示了交换偏置效应的神秘微观起源。
2020-10-15 cond-mat.mtrl-sci
An atomistic approach for modeling of polarizability and Raman scattering of water clusters and liquid water
本研究开发了结合单体GBPM模型与分子间相互作用衰减函数基组的原子级极化率建模框架，可准确预测水团簇和液态水的拉曼光谱，且具有高迁移性，为相关体系MD模拟的拉曼光谱高效建模提供了可行路径。
2025-03-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Building atomistic models of heterointerfaces with optimal transport
University College London（伦敦大学学院）
本文提出融合格罗莫夫-瓦瑟斯坦（FGW）距离结合贝叶斯优化的工作流，构建异质界面原子模型，可高效筛选界面晶格匹配关系，性能优于随机搜索及预训练MACE能量引导方法。
2026-08-21 cond-mat.mtrl-sci
The high-pressure high-temperature phase diagram of calcium fluoride from classical atomistic simulations
我们研究了氟化钙（CaF 2）在压力下的相图，使用经典的分子动力学模拟进行了一个简单的两两原子间的Born-Mayer-Huffman形式的潜力。我们在0 < P < 20 GPa和0 < T < 4000 K条件下获得的结果揭示了丰富的多相边界，包括不同的晶体，超离子和液相，我们为所有这些提供了准确的参数化。有趣的是，我们预测了在6 < P < 8 GPa和1500 < T < 2750 K的窄的和实验可达到的热力学范围内存在三个特殊的三相点（即固-固-超离子、固-超离子-超离子和超离子-超离子-液体共存状态）。此外，我们研究的作用，短程排斥（SR）和长程吸引（LA）原子相互作用中的熔化线的预测与发现SR钙F和LA F-F的贡献是最具决定性的。
2013-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Linking Phase-Field and Atomistic Simulations to Model Dendritic Solidification in Highly Undercooled Melts
尽管我们对枝晶凝固的理论认识相对较好，但我们目前对这一过程进行定量建模的能力仍然非常有限。这是由于这样的事实，即枝晶的形态发展敏感地依赖于毛细管的各向异性的程度和/或固液界面的动力学性质，这对于冶金学感兴趣的材料是不精确已知的。在这里，我们模拟结晶高度过冷镍熔体使用计算效率相场模型连同各向异性最近预测的分子动力学模拟。结果进行比较的实验数据和线性化的溶解性理论，包括在界面处的毛细管和动力学效应的预测。
2001-12-10 cond-mat.mtrl-sci
A deep machine learning potential for atomistic simulation of Fe-Si-O systems under Earth's outer core conditions
使用人工神经网络机器学习（ANN-ML）生成原子间相互作用势已被证明是一种很有前途的方法，可以解决分子动力学（MD）模拟中长期存在的精度与效率的挑战。在这里，以Fe-Si-O系统为原型，我们表明，准确和可转移的ANN-ML潜力可以开发可靠的MD模拟材料在高压和高温条件下的地球的外核。通过拟合基于密度泛函理论的第一性原理计算得到的高温高压下相关二元和三元液体结构的能量和力，训练了Fe-Si-O体系的ANN-ML势.结果表明，所生成的ANN-ML势能很好地描述该复杂系统的液相结构和动力学。具有DFT精度的ANN-ML势为精确模拟地球外核复杂Fe-Si-O系统的结构和动力学提供了一个很有前途的方案。
2022-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Simulations of Oxide-Water Interfaces using Machine Learning Potentials
Research Center Chemical Sciences and Sustainability, Research Alliance Ruhr（化学科学与可持续性研究中心，鲁尔研究联盟）
针对氧化物-水界面原子模拟从头算计算成本过高的问题，本文综述了机器学习势（MLPs）在该领域的最新应用进展、相关界面反应活性研究洞见，以及现存挑战与未来方向。
2025-10-30 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Effect of interface phase transformations on diffusion and segregation in high-angle grain boundaries
最近对Cu中Ag杂质在105（310）晶界（GB）中扩散的实验测量揭示了暗示可能的结构转变的不寻常的非阿氏行为[Divinski等人，B85，144104（2012）]。另一方面，原子计算机模拟最近发现了金属中高角度GB的相变[Frolov等人，arXiv：1211.1756v2（2013）]。本文采用原子模拟方法研究了Ag在Cu_（60）5（310）GB两种不同结构相中的扩散和偏聚，这两种结构相随温度的变化而相互转化。与实验数据的良好协议，验证了实验中看到的不寻常的扩散行为是由相变引起的假设。模拟还预测，低温GB相表现出单层偏析模式，而高温相具有双层偏析。总之，模拟和实验提供了第一个令人信服的证据，在大角度金属GB的结构相变的存在，并证明其检测GB扩散测量和原子模拟的可能性。
2013-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Phase diagram of silicon from atomistic simulations
在这封信中，我们提出了一个计算的温度-压力范围内的压力从-5至20 GPa和温度高达熔点的Si相图。本文报道了金刚石相、液相、$β$和${Si}_{34}$笼形物相之间的相界和三相点.我们采用了有效的模拟技术来计算自由能和数值积分的Clausius-Clapeyron方程，结合紧束缚模型能够与第一原理方法的准确性。所得相图与实验数据吻合良好。
2005-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Simulation of Compression Wave Propagation in Nanoporous Materials
我们发展了一种在分子动力学程序中模拟纳米多孔材料行为的方法。纳米多孔固体是通过从超临界流体带入两相（液体-蒸气）区域的材料的亚稳分解，然后将液体骤冷并冷冻成互连的纳米多孔固体而产生的。我们已经模拟，在原子水平上，在晶体/纳米多孔配置的压缩，表明这是一个强大的技术，用于研究冷，暖致密物质的状态方程。通过对高能量密度物理实验进行压缩模拟，我们已经能够通过识别控制微观机制来阐明实验测量。
2008-07-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Thermal boundary conductance across epitaxial ZnO/GaN interfaces: Assessment of phonon gas models and atomistic Green's function approaches for predicting interfacial phonon transport
我们目前的实验测量的热边界电导（TBC）从$77 - 500$ K跨隔离异质外延生长的ZnO薄膜在GAN衬底上。这些数据提供了一个评估的假设，驱动声子气体模型为基础的扩散失配模型（DMM）和原子格林函数（AGF）预测TBC的形式主义。我们的测量结果，与以前的实验数据相比，表明TBC可以受到长波长，区域中心模式的界面一侧的材料，而不是在DMM假设的“振动失配”的概念，这种分歧是在高温下明显。在室温下，我们测量ZnO/GAN TBC为$490\lbrack +150, -110\rbrack$ MW m $^{-2}$ K $^{-1}$。DMM和AGF之间的分歧和这些升高的温度的实验数据表明，不可忽略的贡献，从其他模式有助于TBC，不占在这些谐波形式主义的基本假设，如非弹性散射。考虑到这些ZnO/GAN界面的高质量，这些结果提供了一个宝贵的关键和定量评估的准确性的假设，在当前的计算方法的最先进的预测声子TBC跨界面。
2017-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interface-Controlled Phase Stability in Polymorphic HfO$_2$ Revealed by Machine-Learning Atomistic Simulations
Institute of Artificial Intelligence, Hefei Comprehensive National Science Center（合肥人工智能研究院，合肥综合性国家科学中心）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Laboratory of Quantum Information（量子信息实验室）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
本研究通过机器学习原子模拟揭示界面取向和晶体学匹配可控制HfO2多晶型相稳定性，并降低相变势垒，为稳定亚稳相提供新策略。
2026-09-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Atomistic-continuum modeling of short laser pulse melting of Si targets
以硅为例，提出了一个模拟超短激光诱导半导体固体熔化过程的原子连续模型。在原子水平上用分子动力学方法研究了瞬态非平衡相变机制的动力学，而在连续介质中考虑了激光吸收、强烈的电子-声子非平衡、快速扩散和光激发自由载流子引起的热传导。我们给出了详细的描述模型，然后将其应用于研究短激光脉冲熔化自支撑Si薄膜的机制。研究了激光诱导晶格压力和温度对熔化动力学的影响。两个竞争的熔化机制，异质性和均匀性，被确定。除了经典的非均相熔化机制之外，材料内部均匀的液相成核对熔化过程有显著的贡献。模拟结果表明，由于晶体的开放金刚石结构，激光产生的内部压应力降低了晶体对均匀熔化的稳定性。因此，后者可以在激光加热后的几微微秒内呈现出巨大的特征。由于模型化的Si材料的负熔化体积，约7.5%，材料在相变时收缩，松弛压缩应力，并且随后的熔化不均匀地进行，直到消耗过量的热能。的阈值通量值，在该值处，液体的均匀成核开始有助于固-液界面的经典非均质传播，被发现从一系列的模拟在不同的激光输入能量密度。在Si的例子中，半导体的激光熔化动力学被发现与具有fcc晶体结构的金属的激光熔化动力学明显不同。
2014-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic modeling of functionalized magnetite surfaces with oxidation states
本文提出一种基于蒙特卡罗和铁氧化态交换的原子级建模方法，可在数万原子尺度模拟磁铁矿-羧酸界面，无需重新标定力场参数，并揭示了氧化态分布随覆盖度和表面厚度的变化规律。
2025-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Extending Hamiltonian-Adaptive Resolution Simulation to Interfaces: An Updated LAMMPS Implementation and Application to Porous Solids
Sorbonne Université, CNRS, Physicochimie des Électrolytes et Nanosystèmes Interfaciaux（索邦大学，法国国家科学研究中心，界面纳米系统电化学物理化学）；Réseau sur le Stockage Electrochimique de l’Energie (RS2E), FR CNRS 3459（电化学储能网络（RS2E），FR CNRS 3459）
研究将哈密顿自适应分辨率模拟（H-AdResS）扩展到界面，在LAMMPS 2023中提供新实现，具有更多特性且效率提升。通过重现水性质基准测试，应用于多孔金属有机框架建模，展示能提高模拟效率，为相关复杂界面模拟铺平道路。
2026-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic S-matrix method for numerical simulation of phonon reflection, transmission and boundary scattering
界面对声子散射的控制对于复合材料和半导体纳米结构中热传导的控制至关重要。然而，限制我们理解弹性声子散射的因素之一是缺乏一种计算有效的方法来描述这种现象的方式，占原子结构的界面和确切的体声子色散。建立在原子格林函数（AGF）技术的弹道声子输运，我们制定了一个原子S-矩阵方法，将体声子模式的散射通道，并可以确定数值精确的散射振幅为个人的两个声子过程，使声子的透射和反射谱以及声子散射镜面反射的方向依赖性的高度详细的分析。在我们的公式中给出了单个声子反射、吸收和透射系数的显式公式。这种基于AGF的S矩阵方法通过以下研究来说明：（1）在两个同位素不同但结构相同的碳纳米管之间的结处的声子散射，以及（2）在石墨烯中的锯齿形和扶手椅边缘处的声子边界散射。特别是，我们揭示了边缘手性声子散射镜面反射的作用，并解释了为什么镜面反射减少理想扶手椅边缘。该方法的应用为研究声子散射与界面原子结构之间的关系提供了新的思路。
2018-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Kapitza resistance at the liquid solid interface
利用平衡态和非平衡态分子动力学模拟，我们确定了模型液-固界面处的Kapitza电阻（或接触热阻）。当液体不润湿固体时，Kapitza阻力（或相关的Kapitza长度）可以达到可观的值。与水动力滑移长度的类比进行了讨论。
2002-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Revealing atomistic mechanisms of gold-catalyzed germanium growth using molecular dynamics simulations
气-液-固（VLS）方法被认为是合成锗（Ge）纳米结构（例如纳米线）的合理技术，由于其独特的电子性质和与硅的内在相容性，其具有广泛的应用。然而，结晶失败和材料缺陷仍然经常观察到在VLS过程中，由于高分辨率原位表征的仪器限制，对其潜在机制的了解不足。采用与金锗（Au-Ge）相图相符合的原子间相互作用势，对Au催化Ge晶体生长过程进行了分子动力学模拟.从模拟中，建立了整体Ge生长速率和几个主要合成条件之间的关系，包括衬底晶体取向，温度和Ge在液体中的过饱和度。通过捕获Ge原子在液-固生长界面附近的动力学行为，估算了Ge原子的表面稳定性和交换速率，定量描述了Ge原子生长的原子细节。这些接口性能进一步链接到表面形态，解释所观察到的取向依赖的生长模式。这项研究为理解Ge晶体的VLS生长机制提供了新的思路，并为设计类似纳米材料的创新合成方法提供了科学指导。
2022-06-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Unsupervised learning-based structural analysis: Search for a characteristic low-dimensional space by local structures in atomistic simulations
由于计算技术的进步和计算能力的提高，材料的原子模拟可以以更高的精度模拟大型系统。在这种最先进的原子模拟中可以观察到复杂的现象。然而，越来越难以理解实际发生的事情和机制，例如，在分子动力学（MD）模拟中。我们提出了一种无监督的机器学习方法来分析目标原子周围的局部结构。所提出的方法，它使用两步局部保持投影（TS-LPP），可以找到一个低维空间，其中每个原子或原子组的数据点的分布可以适当地捕获。我们表明，该方法是有效的，从局部结构的角度分析的结晶，液体和非晶态和熔体淬火过程的MD模拟。所提出的方法被证明在硅单组分系统，硅锗二元系统，和铜单组分系统。
2021-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic modeling of the structure and diffusion processes at Al(110)/Si(001) interphase boundaries obtained by vapor deposition
本文通过分子动力学模拟研究了Al(110)/Si(001)相界的原子结构与扩散行为，发现错配位错主导界面短路扩散并导致显著各向异性，且扩散速率高于Al(111)/Si(111)界面。
2024-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Layering at liquid metal surfaces and interfaces: Friedel oscillations and confinement effects
采用第一性原理分子动力学模拟对钠的液体表面和液固界面结构进行了研究。在自由表面的电子电荷密度中的弗里德尔振荡被发现在固体到液体的熔化过渡中持续存在，具有小但独特的电子分层，该电子分层保持与原子位置解耦。在液体表面和液-固界面处都观察到强离子分层，尽管在后一种情况下没有Friedel振荡或配位不足的原子。在这些软或硬边界的约束效应驱动原子进入准紧密堆积层;即使对于这种原型自由电子金属，弗里德尔振荡也与有序无关。
2005-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial instability of a planar interface and diffuseness at the solid-liquid interface for pure and binary materials
随着凝固速率的变化，会发生形貌和扩散界面的重构。在这篇文章中，我们追求的假设，在凝固过程中的界面配置是由严格的固体和严格的液相之间的区域的熵产生率。我们认为，当一个接口开始迁移时，有几种稳定的配置是可能的。这些包括原子平面、扩散平面、小平面非平面和蜂窝非平面。提供最大熵产生率（MEPR）的配置和地形条件产生最稳定的界面配置。MEPR的原理应用于（1）描述原子级光滑和扩散界面，（2）提供扩散界面厚度和界面区域中伪原子层的数量的定量结果，以及（3）预测作为凝固速度或温度梯度的函数的从平面到非平面小面或非小面胞状形态的转变。60多年来的大量实验研究未能全面验证任何现有的固液界面（SLI）生长不稳定性模型。与MEPR模型，第一次，击穿条件的预测具有相当程度的准确性，为一些二元合金，没有以前的理论模型具有可预测性。该模型考虑稳态凝固在接近和远离平衡条件。
2017-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Chemellia: An Ecosystem for Atomistic Scientific Machine Learning
Julia Computing（朱莉娅计算公司）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
Chemellia是一个基于Julia的原子级机器学习开源框架，通过多重派生和ChemistryFeaturization接口实现关注点分离、互操作性与透明度，并以晶体图卷积神经网络为例展示了其在材料属性预测中的应用。
2023-05-19 cond-mat.mtrl-sci cs.CE cs.LG
Atomistic mechanisms of dynamics in a two-dimensional dodecagonal quasicrystal
本研究通过分子动力学模拟二维十二角准晶，发现其动力学呈现异质性、非阿伦尼乌斯弛豫及两阶段弛豫，且更接近金属玻璃形成液体而非晶体。
2025-05-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The role of ionization fraction on the surface roughness, density and interface mixing of the films deposited by thermal evaporation, dc magnetron sputtering and HiPIMS: An atomistic simulation
研究了室温下电离分数对Cu（111）衬底上Cu薄膜外延生长的影响。我们比较了热蒸发、直流磁控溅射（dcMS）和高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）。三种沉积条件，即完全中性，50%电离和100%电离通量被认为是热蒸发，dcMS和HiPIMS，分别为~20000吸附原子。结果表明，较高的电离分数的沉积通量导致更光滑的表面，通过两个主要的机制，即减少在气相中的集群和双碰撞的高能量离子在膜表面。双碰撞事件由局部非晶化组成，其填充岛之间的间隙，随后由于二次碰撞而结晶。我们发现双碰撞事件是非常重要的，以防止岛屿的增长成为主导，并增加表面粗糙度。无论沉积方法，外延铜薄膜遭受堆垛层错区（孪晶界）与最近的实验结果一致。此外，HiPIMS沉积呈现出相当大的界面混合，而在热蒸发和dcMS沉积中可以忽略不计，这些沉积相应地呈现出较小的粘附力。
2019-04-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Assessing foundational atomistic models for iron alloys under Earth's core conditions
Xiamen University（厦门大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）
研究评估了最新基础原子模型在地核极端压力温度下模拟铁合金的能力，发现MACE模型在描述铁相稳定性方面存在偏差，指出当前模型在热电子激发处理上的不足。
2026-09-24 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Coupled structural and magnetic properties of ferric fluoride nanostructures part I: a Metropolis atomistic study
提出了一种改进的Metropolis原子模拟来模拟离子纳米结构系统中的晶界（GBs）和界面的结构，并将其应用于三氟化铁（FeF 3）的磁性有趣的情况。我们选择了长程原子间的潜力调整实验结果，并适应了以前建立的Monte Carlo计划，包括各种修改的模拟退火/大都市算法。扭曲和倾斜的GBs的原子结构作为晶粒的相对取向差的函数已经实现，产生接近实验测量的属性。这种方法考虑了远离界面的晶粒结构，以限制晶粒的相对取向，而没有任何周期性的边界条件。得出的结论是，一个长程库仑衰减的原子间势是必要的，以获得GB结构呈现正确的局部拓扑结构，但从结晶到非晶态的平滑过渡。最后从拓扑结构和局部磁结构两个方面讨论了其结构特征。
2010-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhancing entropy and enthalpy fluctuations to drive crystallization in atomistic simulations
结晶是一个非常实用的过程，其中罕见但关键的波动导致从液体开始形成固相。就像所有的一阶相变一样，焓和熵之间存在相互作用。基于这一思想，为了在分子模拟中驱动结晶，我们引入了两个集体变量，一个是熵，另一个是熵。以这种方式定义，这些集体变量不会预先判断系统将具体化为什么样的结构。我们通过研究分别以面心立方和体心立方晶体结构结晶的钠和铝的情况，展示了这种方法的实用性。使用这两个通用的集体变量，我们进行变分增强的采样和回火metadhesics模拟，并发现系统之间的液体和固体相自发地和可逆地转变。
2017-03-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
SEAMM: A Simulation Environment for Atomistic and Molecular Modeling
SEAMM是一个用Python编写的开源软件包，提供图形界面用于设置、执行和分析分子与材料模拟，通过用户友好的流程图实现工具互操作性、结果共享与科研可复现性。
2025-05-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Transmitting multiple high-frequency waves across length scales using the concurrent atomistic-continuum method
耦合原子-连续介质方法可以描述大的区域和模型的动态材料行为的一个更低的计算成本比传统的原子技术。然而，这些多尺度框架遭受波反射在原子连续界面由于精细尺度和粗尺度模型之间的数值差异。这种反射是非物理的，可能会导致不利的结果，例如原子区域的人工加热。在这项工作中，我们开发了一种技术，允许声子的全谱被纳入到一个周期性的并发原子连续（CAC）框架的粗尺度区域。该方案跟踪在不同的时间步长产生的声子，从而允许多个高频波包之间的原子和连续区域旅行。用这种方法进行的模拟表明，该技术的能力，以保持波的相干性与波矢量的范围，因为它们通过域传播。这项工作具有定义的边界条件的系统的应用程序，并可能被扩展到更复杂的问题，涉及波随机核内的多尺度框架的影响。
2022-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic mechanisms of viscosity in 2D liquid-like fluids
Institute of Plasma Physics and Technology, Jiangsu Key Laboratory of Frontier Material Physics and Devices, School of Physical Science and Technology, Soochow University（苏州大学物理科学与技术学院等离子体物理与技术研究所前沿材料物理与器件江苏省重点实验室）
本研究通过分析二维液态流体中局部原子连通性寿命和粒子速度，推导出剪切粘度的解析公式，揭示了粘度源于动量在弹性长度尺度上的扩散传输。
2025-08-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Atomistic Modelling of High-Entropy Layered Anodes and Their Electrolyte Interface
本文用DFT与AIMD研究TiS2/TiSe2层状体相异质结构及Mo6+、Al3+取代形成的高熵负极和电极-电解质界面，表明高熵可增强结构、电子、电压与Li扩散性能。
2024-05-12 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
Thermodynamics of Ion Solvation and Differential Adsorption at Liquid-Liquid Interfaces and Membranes
本文建立了不互溶极性二元混合物中离子溶剂化热力学的平均场公式。假设一个平衡平面界面分隔两个不同介电常数的半无限区域，我们研究了离子在界面上的微分吸附静电现象。使用一般的热力学考虑，我们构造的平均场$Ω$ -势，并证明了自发形成的双电层周围的接口必然遵循。在我们的框架中，我们还可以将两个相中的体离子密度和跨界面的分布电势与离子极化的基本玻恩自由能相关联。我们进一步在电荷极性为中性、负或正的完全渗透膜的相应实例中说明了这种选择性离子吸附现象。
2007-10-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Hysteresis effects in the potential-dependent double layer capacitance of room temperature ionic liquids at a polycrystalline platinum interface
该论文已被作者撤回，因为它已提交给Journal of Physical Chemistry C。
2010-01-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Effect of substrate bias on microstructure of epitaxial film grown by HiPIMS: An atomistic simulation
利用分子动力学模拟研究了高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）和衬底偏压相结合在Cu（111）衬底上外延生长Cu薄膜的工艺。使用完全电离的沉积通量来表示HiPIMS过程中的高电离分数。为了模拟不同的衬底偏压，我们假设沉积通量在低、中和高能量范围内具有平坦的能量分布。我们还比较了完全电离通量的结果，假设一个完全中性的通量，在类比与热蒸发。据证实，在低能量制度，HiPIMS呈现出一个稍微光滑的表面和更多的界面混合相比，热蒸发。然而，在中等能量的HiPIMS，获得了原子级光滑的表面，与低能量的HiPIMS相比，界面混合略有增加。在高能量状态下，HiPIMS呈现出严重的界面混合，具有光滑的表面，但由于从表面的再溅射而导致生长受限。结果还表明，对于中等能量的HiPIMS，膜中出现较少的晶体缺陷。我们将这种行为归因于碰撞事件的重复频率。特别地，高能量HiPIMS遭受碰撞事件的高重复，这不允许膜的重建。而在低能HiPIMS中，没有足够的事件来克服岛生长。在中等能量下，碰撞事件以提供足够的时间用于重建的方式重复，这导致光滑的表面、较少的缺陷和有限的混合。
2020-06-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
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
