Morphology of graphene flakes in Ni-graphene nanocomposites and its influence on hardness: an atomistic study
采用分子动力学模拟研究了石墨烯片对镍-石墨烯复合材料强度的影响。而不是引入薄片作为平坦的结构到镍基体中，因为它是常见的在现有的研究中，我们将它们引入到加热的液体镍，并让结构平衡在14 ns的分子动力学运行，这些结构，然后淬火，以获得复合材料。通过改变片状边缘原子与Ni基体的相互作用，得到两种不同的片状形貌-褶皱与平坦。的机械性能，特别是复合材料的硬度，通过模拟纳米压痕试验进行了研究。片状形貌影响复合材料的塑性和硬度。起皱的薄片显示出比扁平薄片更高的吸收位错的潜力，导致复合材料的硬度显著降低。石墨烯边缘原子和Ni基体之间的相互作用的变化对位错活动和硬度没有影响。此外，我们证明了在塑性区中的高石墨烯含量导致位错吸收增加并削弱复合材料。
2021-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Temperature-dependent hardness of diamond-structured covalent materials
理解共价材料的温度依赖性硬度不仅具有基本的科学意义，而且对于技术应用也至关重要。本文在位错理论的基础上，建立了金刚石结构共价材料的硬度随温度变化的公式。结果表明，在低温下，维氏硬度主要由泊松比和剪切模量控制，其中剪切模量起主导作用。随着温度的升高，塑性形变机制经历了从洗牌-设置位错控制到滑移-设置位错控制的转变，导致在高温下的硬度急剧下降。此外，一个内在的参数，a3 G，揭示了金刚石结构的共价材料，它的措施，在高温下软化的阻力。我们的硬度模型显示出显着的协议与实验数据。目前的工作不仅揭示了硬度的物理起源，而且为超硬材料的设计提供了直接的原则。
2020-09-30 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph physics.comp-ph
Ab Initio Study of Screw Dislocations in Mo and Ta: A new picture of plasticity in bcc transition metals
我们首次报道了<111>体心立方过渡金属Mo和Ta中螺位错核的从头计算密度泛函研究。我们的研究结果提出了一个新的图片的体心立方塑性对称和紧凑的位错核心，相反，目前接受的图片的基础上连续和原子间的潜力。在这个新的图片的核心能量尺度是在更好地符合Peierls能量障碍位错运动的实验建议。
1999-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Revealing Dislocation Interactions Controlling Mechanical Properties of Metals
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；European Synchrotron Radiation Facility（欧洲同步辐射装置）；Univ. Grenoble Alps CEA IRIG MEM NRX（格勒诺布尔阿尔卑斯大学法国原子能和替代能源委员会IRIG MEM NRX）
研究通过3D成像揭示位错在变形中的堆积与交叉滑移机制，为位错动力学建模提供新依据。
2026-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Bauschinger Effect in Thin Metal Films: Discrete Dislocation Dynamics Study
采用二维离散位错动力学模型，研究了加载和卸载过程中位错攀移对塑性形变的影响。模拟进行多晶薄膜钝化的两个表面。位错攀移降低了薄膜内部的整体应力水平，并降低了加工硬化率。攀移降低了堆积中位错的密度，并降低了背应力。与没有爬升的模拟相比，这些因素导致鲍辛格对卸载的影响较小。由于位错在卸载开始时继续爬升，位错密度继续增加，初始卸载斜率随着卸载速率的减小而增大。由于攀移分散位错，在卸载期间较少的位错被消灭，导致在卸载步骤结束时较高的位错密度。
2014-01-01 cond-mat.mtrl-sci
A phenomenological dislocation mobility law for bcc metals
体心立方（bcc）金属中的位错运动显示出许多特定的特征，这些特征导致流动应力的强烈温度依赖性，以及相对于加载方向以及晶体取向的剪切变形不对称性。在这里，我们开发了一个广义的位错迁移率法在体心立方金属，并证明其使用离散位错动力学（DD）模拟钨（W）微柱的塑性流动。我们提出的理论背景位错流动性作为一个激励基础的发展法律。分析理论，分子动力学（MD）模拟，和实验数据被用来构建一个一般的唯象描述。的实用性的迁移率法律证明，通过其应用到模拟的塑性形变的W微柱。该模型是一致的流动应力和相应的位错微观结构的温度和取向依赖性的实验观察。
2016-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation nucleation and vacancy formation during high-speed deformation of fcc metals
最近，Kiritani等人提出了无位错变形机制，基于一系列实验，其中FCC金属的薄箔在非常高的应变速率下变形。在实验研究中，他们观察到大密度的堆垛层错四面体，但变形后箔中的位错密度非常低。这被解释为一种新的无位错变形机制的证据，导致非常高的空位产生率。在本文中，我们调查这一命题使用大规模的计算机模拟散装和薄膜的铜。为了有利于这种无位错的变形机制，我们通过在初始配置中不引入任何潜在的位错源来使位错成核非常困难。然而，我们观察到位错环的形核，并且形变由位错进行。位错成核为单个的肖克莱分位错。在位错成核之前所需的大应力导致非常高的位错密度，并且因此导致位错之间的许多非弹性相互作用。这些相互作用产生空位，并且很快达到非常大的空位浓度。
2001-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the relation between transonic dislocation glide and stacking fault width in FCC metals
本文通过MD模拟研究Al、Au、Pt和Ni中刃位错与螺位错在高应力下的跨音速滑移，揭示位错芯结构及层错宽度的相对论变化对跨音速能力的决定作用。
2024-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Selection Rules Controlling Dislocation Glide in bcc Metals
最近的{ \it ab initio}密度泛函理论对Mo和Ta中孤立螺位错的研究，使体心立方金属变形行为的结构-性能关系的有效性受到质疑。这些现有的关系是半经典的性质，从原子的研究V族和VI族过渡金属的变形性能。我们发现，这些结构-性能关系的正确形式是完全量子力学的，涉及耦合的电子状态与应变场的长$a/2<111>$螺旋位错的核心。
2008-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Modelling of dislocation generation and interaction during high-speed deformation of metals
Kiritani等人最近的实验揭示了在面心立方金属薄箔的高速变形期间令人惊讶的高空位产生率。变形后几乎看不到位错。这被解释为在非常高的应变速率下的无位错变形机制的证据。我们利用分子动力学模拟研究了铜晶体的高速变形。即使在初始系统中不存在预先存在的位错源，位错也会迅速成核，并且在变形期间达到非常高的位错密度。由于位错的高密度，位错之间发生许多非弹性相互作用，导致空位的产生。在变形之后，观察到非常高密度的空位，与实验观察一致。负责产生的空缺的过程进行了调查。发现主要过程是相邻滑移面上刃位错的不完全湮灭。位错也被看作是参与复杂的位错反应，其中固着位错段不断形成和破坏。
2000-08-23 cond-mat.mtrl-sci
Mesoscopic Analysis of Structure and Strength of Dislocation Junctions in FCC Metals
我们建立了一个基于有限元的位错动力学模型来模拟面心立方晶体中位错结的结构和强度。该模型是基于各向异性弹性理论的补充明确列入分离的完美位错成部分位错边界的堆垛层错。我们证明，该模型再现的结构的精确细节的Lomer-Cottrell锁已经从原子模拟。鉴于这一成功，我们还研究了在应力强度图，这是在应力空间中的点对应于溶解的交界处的轨迹达到高潮的交界处的强度。
1999-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Modulating dislocation reactions through preferential hydrogen segregation in bcc metals
本研究通过铁的原子模拟揭示，氢的优先偏聚促进螺位错反应形成稳定的<001>刃位错结，进而演变为空位型位错环，为体心立方金属的氢致损伤提供了新机制。
2024-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Which stresses affect the glide of screw dislocations in bcc metals?
在分子静力学计算中，通过直接应用应力，我们确定了影响体心立方钨中1/2螺旋位错滑移的应力分量<111>。这些结果表明，静水应力和平行于位错线的正应力对位错滑移不起作用。因此，位错的Peierls应力不能像Koester A，Ma A，Hartmaier A. Acta Mater 2012; 60：3894，而是它们的组合在垂直于位错线的平面中引起等双轴拉伸-压缩（并因此剪切）。1/2螺旋位错的Peierls应力<111>则仅取决于平行于Burgers矢量的剪应力所施加的平面的取向以及垂直于滑移方向的剪应力的大小和取向。
2013-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Formation and interaction mechanisms of dipolar dislocation loops in fcc metals
偶极位错环普遍存在于面心立方金属中，被广泛认为控制着塑性形变的许多物理方面。我们提出了三维位错动力学模拟的结果，阐明了它们的形成，运动，相互作用和大规模图案化的机制。我们确定了两个主要的形成机制，使交叉滑移，并表明，阵列的偶极子可以很容易地形成作为结果之间的相互作用的滑移螺旋位错。我们提出了一个系统的分析，可能的交界处，可以形成作为一个结果的偶极子之间的相互作用，偶极子和滑移位错之间的频谱。我们发现，完全不动的位错段出现在这些相互作用的特定情况下，导致硬化和弗兰克-阅读型源。我们揭示了偶极环阵列的集体运动可以由滑移位错在持续滑移带（PSB）的通道中引起，并导致它们在PSB通道壁内的聚集。一个有效的三极阻力机制被发现有助于偶极环附近的通道壁的集群。
2016-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation Emission around Nanoindentations on a (001) fcc Metal Surface Studied by STM and Atomistic Simulations
我们提出了一个联合的研究，通过扫描隧道显微镜和原子模拟的发射解离位错环的纳米压痕（001）面心立方表面。后者包括两个由肖克利偏角和阶梯杆位错界定的层错带。这些解离的循环，相交的表面，示出起源于循环的间隙字符沿方向发射<110>，通常位于数百埃远离压痕点。模拟再现了这些位错环的成核和滑移。
2002-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Theory and Simulation of the diffusion of kinks on dislocations in bcc metals
用分子动力学模拟了体心立方铁中热涨落（1/2）<111>螺位错、<100>刃位错和（1/2）<111>刃位错在零应力条件下的孤立扭结。扭结被认为是执行随机运动在一个潜在的景观，这取决于位错的性格和几何形状，和他们的运动提供了新的洞察力耦合的位错的热浴。通过模拟计算，得到了扭结形成能、迁移势垒和摩擦参数。一个离散的Frenkel-Kontorova-Langevin（FKL）模型是能够再现粗粒度的数据从MD在一小部分的计算成本，而无需假设先验的温度依赖性超出波动耗散定理。分析结果表明，离散效应在热激活位错滑移中起着重要作用，揭示了分子动力学和位错动力学之间存在一个关键的中间长度尺度。该模型被用来调查下发现在辐照材料中的位错微观结构的演变中消失的小应力水平的位错运动。
2013-01-03 cond-mat.mtrl-sci
The vacancy - edge dislocation interaction in fcc metals: a comparison between atomic simulations and elasticity theory
研究了面心立方金属（Al，Au，Cu，Ni）中空位与刃位错在不同长度尺度下的相互作用。使用经验势和静态弛豫，原子模拟给我们一个精确的描述这种相互作用，主要是在两个缺陷之间的分离距离很小的情况下。在更大的距离，弹性理论可以用来预测这种相互作用。从这两种方法之间的比较，我们得到的最小分离距离，弹性适用，我们估计在计算中所需的细化程度。在这个目的中，使用各向同性和各向异性弹性假定一个完美的或解离的刃位错，并考虑尺寸效应以及不均匀性的相互作用。
2021-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Multiscale modeling of plastic deformation of molybdenum and tungsten: I. Atomistic studies of the core structure and glide of 1/2<111> screw dislocations at 0 K
体<111>心立方金属的塑性形变主要由1/2螺旋位错控制。这些位错在0 K的滑移的原子研究已经进行了使用键级电位为钼和钨，占混合金属和共价键在过渡金属。当在滑移方向施加纯剪应力时，钼显示出显著的孪晶-反孪晶不对称性，但钨没有。然而，对于拉伸/压缩载荷，施密德定律在两种金属中都失效，主要是由于垂直于滑移方向的剪切应力的影响，该剪切应力改变了位错核心。认识到这一现象的基础上，发展的物理为基础的屈服准则，捕获的崩溃施密德定律BCC金属。此外，位错滑移可能是最好的{110}平面以外的最高应力，这是在许多BCC金属中观察到的反常滑移的回忆。
2008-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Screw dislocations in BCC transition metals: from ab initio modeling to yield criterion
我们在这里展示了如何密度泛函理论计算可以用来预测体心立方（BCC）金属的屈服应力的温度和取向依赖性的热激活制度，其中塑性是由1/2 Burgers矢量的螺旋位错的滑移<111>。我们的数值模型采用了非施密德效应，无论是孪生/反孪生的不对称性和非滑移效应，其特征在于通过从头计算直位错。该模型使用的扭结对成核焓预测线张力模型也完全参数化从头计算的应力依赖性。该方法在此针对体心立方钨进行了说明，但适用于所有体心立方金属。与实验数据的比较可以突出我们的建模方法的成功和剩余的局限性。
2021-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Study of helium irradiation induced hardening in MNHS steel
用200 keV氦离子辐照新近研制的低活化铁素体/马氏体钢MNHS，在450 ℃时的注量分别为1 E21 ions/m^2，在300 ℃和450 ℃时的注量分别为1 E20 ions/m^2。通过纳米压痕测量结合透射电子显微镜（TEM）分析研究了该钢的辐照硬化。基于TEM分析，采用弥散势垒硬化（DBH）模型预测硬度增量。预测的硬度增量与纳米压痕测试得到的值是一致的。结果表明，位错环和氦泡是阻碍位错运动的硬屏障，是氦辐照强化的主要原因。氦泡的阻碍强度大于位错环的阻碍强度。
2015-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Edge dislocation core structures in FCC metals determined from ab initio calculations combined with the improved Peierls-Nabarro equation
本文用改进的Peierls-Nabarro（P-N）方程研究了<110>面心立方金属Al、Cu、Ir、Pd和Pt中{111}面1/2刃位错的性质。利用第一性原理密度泛函理论计算了进入方程的广义层错能（GSFE）面。该方法的准确性已被测试，通过计算值的各种堆垛层错能量有利地与以前的理论和实验结果相比。研究了刃型位错的芯结构，包括刃型位错和螺型位错的芯宽度，刃型位错的离解行为。计算得到的Al分子的离解距离与DFT数值模拟、分子动力学模拟和实验结果吻合较好。我们的计算表明，它是优选的，以创建部分位错在Cu中，并容易观察到的Al，Ir，Pd，特别是Pt的全位错。
2011-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Activation entropy of dislocation glide in body-centered cubic metals from atomistic simulations
本文通过机器学习原子间势计算铁和钨中螺位错扭折对成核的激活吉布斯能，发现激活熵基本恒定，并据此建立与实验一致的热激活屈服应力模型，质疑经典势模拟中熵效应被高估的问题。
2025-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Molecular-dynamics simulations of stacking-fault-induced dislocation annihilation in pre-strained ultrathin single-crystalline copper films
我们报告的大规模分子动力学（MD）模拟的结果，在双轴拉伸应变下的预应变单晶纳米尺度厚的面心立方（fcc）铜薄膜的动态变形。我们的研究结果表明，堆垛层错，这是大量存在于面心立方金属，可能会发挥重要的作用，在小体积结构的面心立方金属位错的解离，交叉滑移，并最终湮灭。潜在的机制是通过扩展位错内部和之间的相互作用介导的，这些相互作用导致肖克莱部分位错的湮灭或完全位错的形成。我们的研究结果表明，在小体积结构与超薄膜几何形状，由一个机制以外的位错逃逸到自由表面的位错饥饿，并强调几何形状在确定金属小体积结构的机械响应的重要作用。
2009-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Unexpected Planar Dislocation Boundary Formation in FCC Metals Captured by Dark-Field X-ray Microscopy and Continuum Dislocation Dynamics
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Purdue University（普渡大学）；European Synchrotron Radiation Facility (ESRF)（欧洲同步辐射装置）；Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）
通过暗场X射线显微镜和连续位错动力学研究，发现FCC金属中意外形成的平面位错边界，并验证了连续位错动力学模型的预测能力。
2026-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Large-scale atomistic simulation of dislocation core structure in face-centered cubic metal with Deep Potential method
Northeastern University（东北大学）
本文利用基于DFT数据训练的深度势方法，大规模模拟面心立方铜的位错芯结构，获得其能量，并通过Peierls模型验证，可扩展至含缺陷位错，为DFT级大规模位错模拟开辟道路。
2022-09-12 cond-mat.mtrl-sci
The influence of surface stress on dislocation emission from sharp and blunt cracks in f.c.c. metals
我们使用计算机模拟来研究各种f.c.c.中原子级尖锐和钝裂纹的行为。金属.模拟使用包含多体相互作用的有效介质势。我们发现，当使用代表铂和金的电位时，尖锐的裂纹相对于从裂纹尖端发射的位错是稳定的，而对于所有其他金属研究的尖锐的裂纹是不稳定的。这一结果不能解释现有的标准的内在的韧性/脆性行为的裂纹尖端，但可能是由表面应力。当裂纹不再是原子级尖锐时，位错发射在所有研究的金属中变得更容易。该效应相对较强;发生发射的临界应力强度因子降低了20%。这种行为似乎是由裂纹尖端附近的表面应力引起的。表面应力是原子间相互作用的多体性质的结果。位错发射的增强可以使某些材料的断裂韧性增加一个数量级，其中尖锐的裂纹将通过解理扩展。与已经存在的位错的碰撞将使裂纹变钝，如果这阻止了裂纹的进一步扩展，则材料的韧性显著增加。
1999-02-16 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
Influence of simple metals on the stability of $\langle a\rangle$ basal screw dislocations in hexagonal titanium alloys
在密排六方晶钛合金中，基底滑移作为一种次级变形方式，成为钛合金化的主要机制之一。由于这些溶质元素也导致基底堆垛层错能量的显著降低，因此可以假设它们促进位错的基底解离，然后位错可以容易地在基面中滑动。在这里，我们验证了这一假设的有效性，使用从头计算模型的螺位错与铟（In）和锡（Sn）的相互作用。这些计算证实，这些简单的金属被吸引的堆垛层错存在于位错核心时，它是在一个基面解离，但这种相互作用是不够强，以稳定的平面配置，即使在核心中的高溶质浓度。能垒计算表明，基底滑移，在存在的In和Sn，进行没有任何平面解离，与位错被传播在金字塔和棱柱形的平面在基底滑移像在纯钛。相应的能垒较高的溶质原子的存在下，表明在和Sn不缓解基底滑移，但增加相应的晶格摩擦。这种强化的基础滑移溶质原子进行了讨论，鉴于现有的实验数据。
2019-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Explanation of the discrepancy between the measured and atomistically calculated yield stresses in body-centered cubic metals
我们提出了一个介观模型，解释了实验测得的屈服应力BCC金属在低温和典型的Peierls应力由孤立的螺旋位错的原子模拟确定的两个到三个差异的因素。该模型涉及一个Frank-Read型源发射位错，这些位错在距离源一定距离处变成纯螺旋，并且由于它们的高Peierls应力，控制其操作。然而，由于发射的位错之间的相互作用，由非螺旋位错和螺旋位错组成的组可以在比单个螺旋位错的滑移所需的应力低约2至3倍的施加应力下移动。
2006-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Cluster Expansion Potentials for Screw Dislocations in BCC Refractory Metals
University of Groningen（格罗宁根大学）
针对体心立方难熔金属中螺位错模拟的挑战，开发了原子团簇展开（ACE）势，通过扩展DFT数据库，显著提高了Mo和W的精度，并改善了V、Nb、Ta的描述，揭示了数据库组成和元素特异性对传递性的影响。
2026-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of Metal Structure at Intense Plastic Strains: Molecular Dynamics Simulation
用计算机模拟方法研究了不同强度载荷下位错运动的动力学。已确定位错具有几种不同的结构状态。位错“带”在大弯曲晶界的形成中起重要作用，因此，在细晶粒的形成中起重要作用。建立了弹性应变阶段和非弹性应变阶段的交替关系。在剪切载荷下，鉴于特殊的动力学，系统将不得不积累导致新的边界和细晶粒形成的位错的整个集合。
2003-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen embrittlement controlled by reaction of dislocation with grain boundary in alpha-iron
金属在含氢环境中吸收的氢原子会导致在承载条件下使用的金属部件过早断裂。由于在实践中使用的金属大多是多晶的，晶界（GBs）可以在金属的氢脆中发挥重要作用。在这里，我们表明，GB与晶格位错的反应是多晶金属氢脆机理的关键组成部分。我们使用原子模型的方法来研究的力学响应的GB在α-铁与不同的氢浓度。分析表明，位错对晶界的碰撞和发射使晶界局部转变为原子结构更加无序的激活态，并引起局部应力集中。用氢原子分离的GB的活化可以极大地促进GB的脱粘。我们表明，这里提出的氢脆模型可以更好地解释许多实验观察。
2018-09-14 cond-mat.mtrl-sci
The Taming of the Screw: Dislocation Cores in BCC Metals and Alloys
体心立方（BCC）过渡金属在低温下往往是脆性的，这对加工和损伤容限提出了重大挑战。脆性主要由螺位错核心决定，其本质和控制在近一个世纪后仍然是一个谜。在这里，我们介绍了一个基于物理的材料指数\{chi}，BCC和面心立方结构之间的能量差，指导核心属性的操作。在BCC合金中，晶格摩擦力和形核势垒与chi具有近似线性的标度关系，当chi低于某一阈值时，核心从非简并转变为简并. chi与溶质价电子浓度有关，可以通过第一性原理计算定量预测，为韧性BCC合金的设计提供了一条可靠的途径。
2022-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Connecting strain rate dependence of fcc metals to dislocation avalanche signatures
该研究通过位错动力学模拟揭示了面心立方金属在不同应变率下的位错行为，展示了应变率如何影响位错雪崩的大小和分布，从而解释了材料变形的速率敏感性机制。
2025-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Kinetics of segregation formation in the vicinity of edge dislocation in fcc metals
我们使用新的间隙杂质扩散通量方程来研究杂质原子在位错附近的再分布。两个层次的模拟应用。第一个是评估的系数，确定应变张量分量的影响，FCC结构中的间隙扩散通量。为此，我们已经开发了一个模型到框架的分子静态方法考虑到原子环境附近的间隙网站和鞍点配置。第二个层次是基于非线性扩散方程，考虑了由缺陷产生的应变，模拟间隙偏析的形成。结果表明，位错附近的碳原子分布具有相当复杂的特征，空位分布与碳分布有着质的不同。
2015-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Volume of a dislocation network
我们推导出一个简单的解析线积分表达式的任意互连位错网络的弛豫体积张量。这个量决定了位错对材料的尺寸变化和体积膨胀的贡献大小，并突出了位错作为内部应变源和塑性形变载体的基本双重作用。为了说明该方法的应用，我们计算的弛豫体积的堆垛层错四面体，缺陷通常发生在面心立方金属;体积的一个不寻常的四面体配置形成的（a/2）<111>和<001>位错在体心立方金属;和估计的相对贡献扩展位错的体积弛豫严重辐照钨。
2022-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Strain-Rate- and Line-Length-Dependent Screw Dislocation Glide Mechanisms in BCC Refractory Metals and Alloys
Department of Materials Science and Engineering, University of Michigan（密歇根大学材料科学与工程系）
本研究通过分子动力学和应变增强超动力学方法，揭示了BCC难熔金属和合金中位错滑移机制受应变率、位错线长度和化学成分的联合影响。
2026-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Revisiting quantum effects on dislocation glide in bcc metals from DFT calculations and machine-learning potentials
ASNR/PSN-RES/SEMIA/LSMA Centre d’études de Cadarache（法国原子能和替代能源委员会卡达拉舍研究中心）；Université Paris-Saclay, CEA, Service de recherche en Corrosion et Comportement des Matériaux, SRMP（巴黎萨克雷大学，法国原子能和替代能源委员会材料腐蚀与行为研究服务处）；Univ. Lyon, UCBL, Institut Lumière Matière, UMR CNRS 5306（里昂大学，里昂第一大学，光物质研究所）
通过DFT和机器学习势重新评估量子零点效应对bcc金属低温位错滑移的影响，发现其贡献远小于先前报道，不足以弥合原子模拟与实验的差距。
2026-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Synergistic doping of the grain interior and grain boundary alters deformation mechanisms and enables extreme strength in nanocrystalline Ni-Cr-Y alloys
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Stony Brook University（石溪大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
通过调控晶粒和晶界化学成分，研究晶粒内和晶界掺杂协同作用对纳米晶Ni-Cr-Y合金变形机制和强度的影响，发现Y元素在晶界富集可增强晶界强化，而Cr元素在晶粒内形成固溶体增强晶格，二者协同作用使合金硬度达到11.0GPa。
2026-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation of Dislocations in 3.9 nm Nanocrystals at High Pressure
随着电路接近单纳米长度尺度，重要的是预测金属在这些尺度上的稳定性。金属在更大尺度下的行为可以根据位错的行为来预测，但目前还不清楚位错是否可以形成并维持在单个纳米尺寸。在这里，我们报告在非静水压力下在金刚石对顶砧单元内形成的单个3.9 nm Au纳米晶体的位错。我们使用了X射线衍射，光学吸收光谱，和分子动力学模拟的组合来表征所形成的缺陷，这被发现是表面成核的部分位错。这些结果表明，位错仍然是活跃的，在单一的纳米长度尺度，并可以导致永久塑性。
2019-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Extraordinary strain hardening from dislocation loops in defect-free Al nanocubes
晶体缺陷的相互作用导致块体金属的应变硬化。具有高堆垛层错能（SFE）的金属，例如铝，由于不能形成堆垛层错和变形孪晶而倾向于具有低应变硬化速率。在这里，我们使用原位SEM机械压缩，发现胶体合成的无缺陷的114纳米铝纳米立方体结合了4.1 GPa的高线性应变硬化率与1.1 GPa的高强度。这些纳米立方体具有3nm的自钝化氧化层，其对机械行为和位错结构的积累具有很大的影响。压缩后的TEM成像显示稳定的棱柱位错环和堆垛层错的情况下。MD模拟与位错环的形成和应变硬化的表面氧化物。这些结果表明，表面和界面性能的轻微修改可以引起巨大的变化，在高SFE金属的机械性能。
2021-12-10 cond-mat.mtrl-sci
The Competition Between Deformation Twinning and Dislocation Slip in Deformed Face-Centered Cubic Metals
本研究提出一种基于动力学蒙特卡罗模拟的方法，预测面心立方金属变形中形变孪晶与位错滑移竞争的介观演化，并推导出考虑变形历史的解析模型与竞争参数，扩展了形变孪晶理论并应用于晶体塑性模型。
2022-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Correlation between Hardness and Elasticity in Polycrystalline Materials and Bulk Metallic Glasses
虽然被广泛研究，硬度，定义为材料变形的阻力，仍然是一个具有挑战性的问题，由于其固有的机械复杂性的正式理论描述。广泛应用的硬度和剪切模量之间的Teter经验关系已被认为是不总是有效的各种材料。在这里，受Pugh模量比的经典工作的启发，我们开发了一个理论模型，该模型建立了广泛的一类材料，包括大块金属玻璃的硬度和弹性之间的鲁棒相关性，结果与实验非常吻合。我们的模型的简化形式也提供了一个明确的理论证据泰特的经验相关性。
2011-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Novel Cross-Slip Mechanism of Pyramidal Screw Dislocations in Magnesium
与立方金属相比，立方金属的主要滑移模式包括12个等效系统，六方密排金属的较低的晶体对称性导致等效主要滑移的数量减少和塑性的各向异性，导致在环境温度下的脆性。在较高的温度下，六方密堆积金属的延展性提高由于二次c+a金字塔滑移系统的激活。因此，了解相应位错的基本性质对于改善室温下的延展性至关重要。在这里，我们提出了大规模的从头计算的结果为c+一个金字塔形的螺旋位错在镁，并表明他们的滑移行为是一个鲜明的反例的传统智慧，滑移面是由堆垛层错位错平面。解离的部分位错之间的堆垛层错可以呈现非平面形状，其能量消耗可以忽略不计，并且可以通过原子的局部重排垂直于其平面迁移。部分位错在{2-1-12}平面上解离，在{01-11}平面中“滑动”，响应于所施加的剪切应力而拖曳堆垛层错。这一发现解决了在实验中观察到{2-1-12}和{01-11}滑移迹线而从头计算表明位错优选在{01-11}平面中解离的明显差异。
2016-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation dynamics simulations with climb: kinetics of dislocation loop coarsening controlled by bulk diffusion
位错攀移率，假设空位体扩散，推导和实施位错动力学模拟研究面心立方金属中的空位棱柱环粗化。当环路不能滑动，比较的模拟与粗化模型的基础上的线张力近似显示出良好的协议。然后进行滑移和爬升的位错动力学模拟。允许环沿其棱柱形圆柱体滑动导致更快的粗化动力学，因为环的直接聚结现在是可能的。
2011-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Lattice Resistance and Peierls Stress in Finite-size Atomistic Dislocation Simulations
对于面心立方金属的Peierls应力的原子计算相对较少。相比之下，对于bcc金属有更多的原子论计算，以及对于fcc金属的Peierls-Nabarro类型的混合离散-连续计算。其原因之一是fcc金属中的低Peierls应力。由于原子计算的Peierls应力发生在有限的模拟单元，图像的力量所造成的边界必须放松或纠正，如果系统的大小无关的结果是获得。处理这种边界力的方法之一是直接计算边界力，然后减去它们的影响，如V.B. Shenoy和R.菲利普（Phil），76（1997）367]。这项工作主要是分析性的，并且仅限于螺旋位错和特殊的对称几何。我们的工作扩展到边缘和混合位错，和任意的二维几何形状，通过数值有限元计算。我们还描述了一种方法，用于估计边界力的原子计算的基础上直接。我们应用这些方法的Peierls应力和晶格电阻曲线的模型铝（面心立方）系统使用嵌入原子势的数值测量。
2000-10-31 cond-mat.mtrl-sci
On the origin and universality of dislocation creation and void nucleation in FCC ductile metals
通过分子动力学模拟和理论分析，阐明了面心立方（FCC）韧性金属单轴拉伸过程中位错产生和空洞形核的起源。结果表明，位错的产生经历了三个不同的阶段：（i）热涨落随机激活扁平八面体结构（FOSs），（ii）FOSs在密排面上自组织堆积形成双层缺陷团，（iii）FOSs在密排面上自组织堆积形成双层缺陷团，（iv）FOSs在密排面上自组织堆积形成双层缺陷团。（iii）被肖克莱部分位错包围的堆垛层错是由双位错产生的，层缺陷簇由于内部原子的相对滑移。而空洞的形核过程可以分为两个阶段：（i）首先由不同层错交叉形成空位串;（ii）然后空位串通过发射位错转变为空洞。我们表明，我们的研究结果的位错产生和空洞成核的起源是普遍的各种FCC韧性金属低堆垛层错能。
2013-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Simulation of Ga Penetration along Grain Boundaries in Al: a Dislocation Climb Mechanism
其中液体金属与多晶固体接触的许多系统在晶界与固-液界面相遇处呈现深的液体凹槽。例如，液态Ga迅速渗透到Al的晶界深处，导致在非常小的应力下沿晶断裂。我们报道了一系列的分子动力学模拟的液体镓与铝双晶体接触。我们确定了液态金属脆化的机制，开发了一个新的模型，并表明这是在很好的协议与模拟和实验数据。
2007-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary complexions and the strength of nanocrystalline metals: Dislocation emission and propagation
已经观察到晶界络合物影响纳米晶金属的机械行为，提高强度和延展性。虽然存在改善延展性的解释，但观察到的对强度的影响仍然无法解释。在这项工作中，我们使用原子模拟探索有序和无序的两个变形机制，这是必不可少的纳米晶塑性，即位错发射和传播的影响。Cu-Zr中的有序和无序晶界复合体都具有过剩自由体积的特征，并通过降低临界发射应力来促进位错发射。或者，这些络合物的特征在于强位错钉扎区域，其增加位错传播所需的流动应力。这种钉扎区域是由在晶粒-络合物界面处的凸缘和溶质原子引起的，并且可能取决于络合物状态以及基质和溶质元素之间的原子尺寸失配。在我们的位错传播模拟中观察到的趋势与现有的实验数据一致，表明位错传播是纳米晶Cu-Zr合金塑性背后的限速机制。
2018-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Myths about new ultrahard phases: Why materials that are significantly superior to diamond in elastic moduli and hardness are impossible?
对近25年来发表的关于合成硬度和弹性性能明显优于金刚石的碳基材料的报告进行了严格的审查，并分析了最近出现的三组神话。第一类是关于生产体积模量比金刚石高得多的材料的可能性。第二组是“实验测量”硬度明显高于金刚石。第三类人的神话认为量子限制效应应该为多重（！）增加共价材料的硬度。已经证明，在正常条件下合成弹性模量明显超过金刚石值的材料是根本不可能的。讨论了硬度测量中存在的问题，结果表明，位错运动障碍的形成可使超硬材料的测量硬度提高20- 40%。结果表明，硬度增加的其他假设方式，例如由于量子限制，没有任何真正的物理基础。金刚石优越的机械性能是由于可靠建立的物理定律。因此，关于获得具有比金刚石的相应值高几倍的弹性特性和/或硬度的材料的可能性的任何陈述不能被认为是科学上可靠的。
2019-01-22 cond-mat.mtrl-sci
A Novel Mechanism for the Formation of Dislocation Cell Patterns in BCC Metal
本研究针对体心立方金属位错胞形成机制不明的问题，结合实验与离散位错动力学模拟提出新机制，明确了钽中胞壁的形成阶段，并用扩展泰勒硬化模型准确描述流动应力。
2023-05-02 cond-mat.mtrl-sci hep-th
Probing the ultimate limits of metal plasticity
除了高强度，塑性是使金属在我们的材料世界中如此广泛使用的原因。金属的强度和塑性都是由位错的运动来定义的，位错是晶格中的线缺陷，它将原子平面的区域划分为原子间距离。在这里，我们提出了第一个完全动态的原子模拟金属钽单晶塑性预测，超过一定的最大应变率-极限-位错不能再减轻机械负荷和另一种机制，孪生，发挥作用，并接管作为主导模式的动态响应。当应变速率低于极限时，金属达到与路径无关的塑性流动稳定状态，只要应变条件保持不变，流动应力和位错密度都无限期地保持恒定。在这种独特的状态下，钽像粘性流体一样流动，同时仍然保持坚固和坚硬的金属。
2016-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Stiffening of nanoporous Au as a result of dislocation density increase upon characteristic length reduction
结构是纳米多孔金属最显著的特征。圆形形状的错综复杂的迷宫，韧带和毛孔彼此无序地运行，不亚于它赋予的属性，通过尺寸效应进行调整，在块状形式中没有对应物。无可争议的是，纳米多孔金一直是研究领域的绝对主角，揭示了纳米多孔金属在从催化到能源和传感等领域的破坏潜力。在这里，我们仍然专注于纳米多孔金，解决纳米多孔金属机械性能的长期问题。特别是，我们研究如何杨氏模量的变化与韧带的大小，孔隙率相同。基于从实验断层扫描证据开始产生的原子复制品，原子模拟显示，纳米多孔金变硬的韧带变得更细，再现通过纳米压痕脱合金样品获得的实验结果。排除了表面应力的影响，理论上的考虑与硬化位错密度的增加。
2021-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation of twinning dislocation loops in fcc metals
面心立方金属中的形变孪晶在其形变机制图中占有不可或缺的位置，它只在特定的材料特性、微观结构和载荷条件下才发生。然而，专门的研究很少进行，以探讨介导这一过程的孪晶位错的基本属性。在这里，我们采用原子计算和连续模拟相结合的方法来研究面心立方晶体结构金属中孪晶位错环的成核。除了传统的层-层孪晶形核模型外，本文还研究了新提出的交替剪切机制，确定了孪晶环形核的能垒和剪切应力。我们发现后一种机制的形核应力小于前一种机制。该研究还强调了临界回路尺寸和分数Burgers矢量与施加的剪切载荷的非均匀变化。
2020-10-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
