Multi-principal element alloys (MPEAs) are exciting systems showing remarkable properties compared to conventional materials due to their exceedingly large compositional space and spatially varying chemical environment. However, predicting fundamental properties from the local chemical environment is challenging due to the large scale of the problem. To investigate this fundamental problem, we employ a combination of atomistic simulations (using ab-initio and molecular dynamics) and convolutional neural networks (CNNs) to evaluate point defect and migration energies in an equimolar CoFeCrNi MPEA. We show how energies of point defects can be predicted with reasonable accuracy using a small subset of local chemical environments. Using the CNNs, we develop a lattice Monte Carlo simulation that computes the migration path and diffusivities of vacancies. Remarkably, our work illustrates how the local chemical environment leads rise to a distribution function of the point defect energies, which is responsible for the macroscopic diffusivity of vacancies. In particular, we observed that vacancies get trapped in super basins surrounded by large migration and connected with low migration energy states. As a result, vacancy diffusivity is highly dependent on the environment and could change several orders of magnitude for a given temperature. Our works illustrate the importance of understanding properties in MPEAs depending on the local chemical environment and the ability of CNN to provide a model for computing energies in high-dimensional spaces, which can be used to scale things up to higher-order models.
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）
Multiscale Modeling of Vacancy-Cluster Interactions and Solute Clustering Kinetics in Multicomponent Alloys
University of Michigan（密歇根大学）；GM Global Technical Center, General Motors Company（通用汽车公司全球技术中心）；Department of Materials Science and Engineering, University of Michigan（密歇根大学材料科学与工程系）；Department of Mechanical Engineering, University of Michigan（密歇根大学机械工程系）
Thermodynamics of vacancies in concentrated solid solutions: From dilute Ni-alloys to the Cantor system
采用巨正则Monte-Carlo（MC）方法研究了（CoCrFeMn）$_{1-x_\mathrm{Ni}}$ Ni $_{x_\mathrm{Ni}}$系列合金在有限温度下的空位浓度.从经典的原子间势计算的空位形成能，并表现出由于不同的化学环境的空出的网站的分布。在稀合金中，这种分布具有多个离散峰，而浓合金表现出单峰分布，因为存在具有相似空位形成能的许多不同化学环境。MC模拟使用一个数值有效的键计数模型证实，空位浓度，即使在集中的合金可以计算由所建立的麦克斯韦-玻尔兹曼方程加权给定的形成能的分布。计算了（CoCrFeMn）$_{x_\mathrm{Ni}}$ Ni $_{1-x_\mathrm{Ni}}$中空位浓度随Ni含量的变化，证明了热力学模型与巨正则蒙特卡罗模拟结果的良好一致性。
First-principles calculations of the thermodynamic factor of multicomponent alloys
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设计与模拟实验室）；Materials department, University of California, Santa Barbara（加州大学圣巴巴拉分校材料系）
In situ characterization of vacancy ordering in Ge-Sb-Te phase-change memory alloys
调整Ge-Sb-Te合金的结构无序度对于非易失性相变存储器和神经启发计算的发展具有重要意义。在从非晶相结晶时，这些合金形成具有高含量的本征空位的立方岩盐状结构。进一步的热退火导致朝向层状结构的逐渐结构转变和绝缘体到金属的转变。在这项工作中，我们阐明了原子级的细节，在晶体GeSb 2 Te 4的结构转变，通过原位高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）实验和从头算密度泛函理论（DFT）计算，提供了一个全面的实时和实时的空位有序化过程的空间视图。我们还讨论了空位有序的影响，改变电子和光学性质的GeSb 2 Te 4，这是相关的多级存储应用。用总结图描述了Ge-Sb-Te合金的相演化路径，为相变存储器件的设计提供了指导。
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。
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Hopkins Extreme Materials Institute, Johns Hopkins University（霍普金斯极端材料研究所，约翰斯·霍普金斯大学）；Monash University（蒙纳士大学）；Pacific Northwest National University（太平洋西北国家大学）；Washington State University（华盛顿州立大学）
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；University of New Mexico（新墨西哥大学）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Stony Brook University（石溪大学）；University of Arizona（亚利桑那大学）；Los Alamos National Lab（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of Tennessee, Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校）
Insights into hydrogen-induced vacancy stability and creep in chemically complex alloys
Ames National Laboratory, US Department of Energy, Iowa State University（艾姆斯国家实验室，美国能源部，爱荷华州立大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Department of Materials Science & Engineering, Iowa State University（爱荷华州立大学材料科学与工程系）
OptiMat Alloys: a FAIR, living database of multi-principal element alloys enabled by a conversational agent
Empa - Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology（瑞士联邦材料科技研究所）；National Centre for Computational Design and Discovery of Novel Materials MARVEL, Empa（MARVEL新型材料计算设计与发现国家中心）
Diffusion-controlled Alloying of Single-phase Multi-principal Covalent Transition Metal Carbides with Enhanced Damage tolerance and Exceptional Thermal Properties
