Solute softening and vacancy generation by diffusion-less climb in magnesium alloys
利用<a>分子动力学模拟观察到了Mg-Al合金中刃位错在室温下的无扩散攀移。棱柱和金字塔I平面上的位错爬过基面以克服溶质障碍。这种面外位错运动软化了高电阻的锥体I滑移，并显著降低了位错迁移率的各向异性，有助于提高Mg的延展性。流动应力与溶质浓度呈线性关系，cAl。位错主要沿负方向爬升，爬升角约为0.01cAl，产生约为10-4的非常高的空位浓度。
2020-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Tuned Vacancy Diffusion by Mn via Anomalous Friedel Oscillations in NiCoFeCrMn High Entropy Alloys
空位在固态扩散中起着关键作用，并决定了材料的许多性质。我们报告了一个证明的原则的结果，锰在调谐空位扩散的作用，在一个等价的NiCoFeCrMn高熵合金的反常弗里德尔振荡效应。第一近邻Mn的存在破坏了空位诱导的Friedel振荡，打开了空位对周围原子的长程影响的通道，导致较低的空位扩散势垒能量，尽管原子类型。这种效应导致空位和填隙两种类型的缺陷发生明显的扩散重叠，增强了它们的复合，这可以很好地解释辐照下空位团被抑制的实验结果。这一发现提出了新的理解原子扩散机制，从而提出了新的概念，调整缺陷性能的新材料的设计具有突出的性能，在一个广泛的领域。
2021-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Magnetochemical effects on phase stability and vacancy formation in fcc Fe-Ni alloys
本研究通过密度泛函理论参数化模型和蒙特卡洛模拟，揭示了fcc Fe-Ni合金中磁化学效应对相稳定性和空位形成的关键影响，成功预测了相图及磁自由能变化。
2022-03-09 cond-mat.mtrl-sci
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。
2021-06-25 cond-mat.mtrl-sci
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）
本文提出两种基于第一性原理计算多组分合金热力学因子的方法，避免采样空位涨落，高效重现扩散矩阵，并推广至非平衡态，适用于介观输运模拟。
2026-09-28 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
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。
2022-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of phosphorus effect on vacancy-mediated process in nickel alloys - an insight into Ni2Cr ordering
镍-铬合金中长程序的发展具有很大的技术意义，但对其转变的动力学和机制知之甚少。本文采用计算和实验相结合的方法研究了磷对Ni-Cr合金中化学计量比Ni_2Cr有序化速率的促进作用。制备了一系列Ni-33% Cr-x%P样品（以原子百分比计），其中磷浓度x = <0.005-0.1原子%。并在373和470°C之间老化长达3000小时。第一性原理模型认为fcc Ni与稀P作为一个合理的近似复杂的Ni-Cr-P合金系统。计算结果表明，通过与磷原子相关的空位的连续交换和旋转跳跃的空位溶质对扩散的空位输运的显着增强。这两种迁移路径的能垒至少比纯Ni溶剂中空位原子交换的能垒低0.35 eV。分析扩散模型预测，对于0.1at.%，P在400-500°C。模型预测结果与显微硬度的变化趋势吻合较好。我们用动力学有序化模型表征了显微硬度的结果，表明有序化转变的激活能显著降低。这些结果有助于衡量工业合金发展长程序的风险，这种长程序增加了强度，但降低了延展性和韧性。微量合金化元素与多余空位结合，降低空位迁移势垒，可显著促进Ni_2Cr沉淀硬化。
2019-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy-mediated complex phase selection in high entropy alloys
采用原位高能X $-$射线衍射、单晶X $-$射线衍射和基于密度泛函理论的电子结构方法研究了Ti-Zr-Hf-Al高熵合金中的相选择，并预测了合金的形成焓和化学短程有序（SRO）.具有不同Al含量的样品进行合成、表征和计算评估以确定组合物依赖的相选择，因为增加的Al含量通常充当体心立方结构的稳定剂。等原子TiZrHfAl由于其观察到的bcc超结构而特别令人感兴趣-$γ-$黄铜的变体，每个晶胞具有4个空位（而不是$γ-$黄铜中的2个）。我们强调空位排序如何介导选择这种变体的$γ-$黄铜，这是由空位原子SRO，大大抑制所有原子SRO驱动。由于空缺是固有的处理耐火系统，我们预计，类似的发现等待在其他高熵合金或在重温旧的实验数据。
2020-04-30 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
Influence of hydrogen vacancy interactions on natural and artificial ageing of an AlMgSi alloy
研究了氢对Al-Mg-Si合金在自然时效和人工时效过程中组织演变的影响。这项研究的目的是更好地了解氢和晶体缺陷，特别是空位之间的相互作用。实验数据表明，在氢环境中的自然时效期间，硬化响应延迟。这是由于流动性降低导致过多空缺的恢复较慢。为了确认和量化氢对空位迁移能的影响，在空位浓度恒定的条件下进行人工时效。因此，进行长时间退火处理，以研究氢对棒状析出物粗化的影响。利用透射电子显微镜和原子探针层析成像，它被证明，沉淀的体积分数和组成不变，但粗化动力学下H2气氛下显着降低。这导致延迟软化，与理论估计值吻合良好。因此，即使固溶体中的氢浓度低，也会显著影响铝基体中合金元素的迁移率。这是氢-空位相互作用导致空位迁移能增加的结果。基于经典的粗化理论，可以证明，对于接近空位浓度的氢浓度，这种增加约为5%。
2022-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion behavior in diluted ($Fe,Cr$) alloys: An environment for H diffusion in ferritic steels
杂质扩散系数完全由低成本的经典分子静力学技术（CMST）获得。特别是，我们展示了如何CMST是适当的，以描述介导的空位机制的杂质扩散行为。在五频模型的背景下，CMST允许计算所有的微观参数，即：空位形成的自由能，空位-溶质结合能和所涉及的跳跃频率，从它们，我们得到的宏观输运幅度，如：相关因子，溶剂增强因子，Onsager和扩散系数。此外，我们首次报告的溶质-空位配对物种的扩散系数的行为。我们在稀释的NiAl和AlU f.c.c.合金.我们的研究结果是在完美的协议与现有的实验数据为两个系统和预测，NiAl的溶质扩散通过空位交换机制，而对于AlU系统，空位拖动机制发生。
2013-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Effect of biaxial strain and composition on vacancy mediated diffusion in random binary alloys: A first principles study of the SiGe system
我们提出了一个系统的研究结果，使用密度泛函理论（在局域密度近似下）的双轴应变和成分的影响上的Si和Ge的自扩散SiGe合金扩散的空位机制。双轴应变依赖的空位形成能与以前的计算重新确认。计算了双轴应变对置换Ge原子与空位相互作用势能的影响。这些计算被用来估计的激活能的变化（由于双轴应变）的自扩散的Si和Ge在Si中的空位机制。计算了空位形成能随组成的变化关系。通过明确考虑第一近邻位置的影响和平均场近似下其他位置的影响，系统地建立了不同局域环境下空位迁移的从头算迁移能垒数据库.基于迁移能垒数据库进行了动力学蒙特卡罗模拟，以确定Si和Ge在SiGe中扩散的激活能的依赖性（对成分）。利用KMC模拟的结果，对SiGe中相关因子随组分和温度的变化进行了详细的研究。这些分析构成了必要的积木，以了解在微观层面上的空缺介导的扩散过程的机制。
2002-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy Diffusion Across FeCrAl Alloy Composition Space for Accident-Tolerant Fuel Cladding
The University of Manchester（曼彻斯特大学）；Amentum Clean Energy（Amentum清洁能源）
研究FeCrAl合金中用于耐事故燃料包壳的空位扩散，用物种分辨的KMC模型结合线性替代模型，通过采样不同成分映射局部化学环境对空位跳跃及扩散率的影响，发现增加Cr含量降低扩散率，富Cr合金空位迁移受抑制。
2026-07-22 cond-mat.mtrl-sci
The role of stoichiometric vacancy periodicity in pressure-induced amorphization of the Ga2SeTe2 semiconductor alloy
我们观察到，压力诱导的非晶化的Ga 2SeTe 2（一个III-VI族半导体）是直接影响其本征缺陷结构的周期性。具有周期性和半周期性二维空位结构的样品在10-11 GPa左右变为非晶，而具有非周期性结构的样品在7-8 GPa左右变为非晶。其结果是通过化学计量空位的重排而不是调整其浓度来改变材料相变特性的一个显著实例。基于我们的实验结果，我们认为，周期性的二维空位结构的Ga 2SeTe 2提供了一个积极的首选晶格，是不容易崩溃下施加的压力。这是通过第一性原理电子结构计算证实，这表明，在静水压力下的III-VI结构的能量稳定性是高度依赖于本征空位的配置。
2014-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Equilibrium Vacancy Concentration in an Alloy with Chemical Short-Range Order
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；George Mason University（乔治梅森大学）
本文推导出适用于原子计算的多主元合金热平衡空位浓度精确表达式，并应用于CrCoNi合金，预测化学短程有序的形成时间尺度，与实验结果一致。
2025-12-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Vacancy Engineering in Metals and Alloys
本文探讨了通过空位工程优化金属和合金性能的方法，强调了空位在微观结构调控中的关键作用。
2025-11-29 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
Competing jump cycles for vacancy diffusion in binary alloys
利用网络上无规行走的性质计算了二维有序二元合金中空位扩散（通过一次和六次跳跃循环）的平均首次跃迁时间（MFPTs）。我们研究了温度和相对势垒高度对两个循环的MFPTs之间的比率的影响。我们发现，六跳周期所需的时间比一跳周期的参数范围内考虑。
2008-09-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Role of defect trapping in the enhanced corrosion resistance of Ni-Mo alloys with yttrium and yttrium oxide additions
Idaho National Laboratory（爱达荷国家实验室）
该研究针对先进熔盐反应堆的合金腐蚀问题，提出利用钇及氧化钇捕获缺陷抑制原子输运的策略，通过计算与实验证实其可显著降低Ni-Mo合金在750℃熔融氟盐中的腐蚀与失重，为极端核环境合金设计提供新方向。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci
DFT-informed Design of Radiation-Resistant Dilute Ternary Cu Alloys
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）
本研究利用DFT方法设计抗辐射的稀释三元铜合金，通过添加结合空位的溶质减少空位迁移，抑制溶质拖拽效应。
2026-03-02 cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation on diffusion mechanism of alloying elements in dilute Zr alloys
杂质在Zr中的扩散对于Zr合金的许多应用，特别是对于它们在核反应堆包壳中的应用是潜在重要的。然而，关于哪些元素是空位与间隙扩散体，目前存在显著的不确定性，这可以抑制对它们在不同温度、辐照和合金化条件下的行为的理解和预测。因此，采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，预测了14种替代型合金元素在六方密排Zr中的稀杂质扩散系数随温度的变化.用八频率模型对空位介导的扩散进行建模。间隙的扩散的贡献估计从间隙的形成和选择迁移能量。在9个高对称性间隙网站的每个杂质的形成能进行了测定，包括显着的影响热膨胀。每个溶质在HCP锆中的主导扩散机制被确定在计算的空位介导的活化能，间隙活化能的下限和上限，和形成熵，提出了一个粗略的溶质的金属半径的关系。据预测，Cr，Cu，V，Zn，Mo，W，Au，Ag，Al，Nb，Ta和Ti都主要通过间隙机制扩散，而Hf，Zr和Sn可能主要是在低温下的空位介导扩散体和在高温下的间隙扩散体，尽管这些元素在高温下的机制的识别是相当不确定的。
2018-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Thermal vacancies in random alloys in the single-site mean-field approximation
本文概述了在单位点平均场近似下，忽略空位-空位相互作用的无规合金中空位形成能的一种形式。结果表明，在高温下，合金组态熵可以显著降低空位浓度。随机Cu-0.5Ni-0.5合金中空位的能量被认为是一个数值例子，说明了发展的形式主义。它示出的有效形成能是随温度的增加，然而，在这个特定的系统中，它仍然是低于平均值的空位形成能，这将对应于空位形成能在一个均匀的模型中的随机合金，如由相干势近似。
2016-02-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Fragmenting Diffusion Pathways Confers Extraordinary Radiation Resistance in Refractory Multicomponent Alloys
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）
通过碎裂扩散路径，研究发现多组分合金能显著提高辐射抗性，为设计抗辐射材料提供了新思路。
2026-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Universal enhancement of vacancy diffusion by Mn inducing anomalous Friedel oscillation in concentrated solid-solution alloys
我们提出了一个普遍的法律的元素Mn，这大大提高了空位扩散通过一系列的Ni基浓缩固溶体合金中的反常弗里德尔振荡效应，无论涉及的原子类型的原理证明。反铁磁元素Mn具有独特的半填充3d电子结构，在费米能级附近产生分裂的虚束缚态，空位形成后产生大的局域磁矩。由此产生的电子自旋振荡减少了参与电荷密度振荡的电子数量，破坏了电荷屏蔽，降低了空位和扩散原子之间鞍点处的电势相互作用。这最终通过减少扩散过程中导带电子的能级变化来促进空位扩散。这些发现为原子扩散机制提供了有价值的见解，并为通过独特的元素设计操纵缺陷特性开辟了新的途径，从而能够在广泛的领域中创造高性能合金。
2023-03-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Diffusion behavior in Nickel-Aluminium and Aluminium-Uranium diluted alloys
杂质扩散系数完全由低成本的经典分子静力学技术（CMST）获得。特别是，我们显示CMST是适当的，以描述介导的空位机制的杂质扩散行为。在五频模型的背景下，CMST允许计算所有的微观参数，即：空位形成的自由能，空位-溶质结合能和所涉及的跳跃频率，从它们，我们得到的宏观输运幅度，如：相关因子，溶剂增强因子，Onsager和扩散系数。具体来说，我们在f.c.c.中执行计算。稀释的Ni-Al和Al-U合金。溶剂和溶质物种的示踪剂扩散系数的结果与现有的两个系统的实验数据一致。我们的结论是，在Ni-Al和Al-U系统溶质原子迁移的直接交换与空位在所有的温度范围内，有可用的实验数据。在Al-U的情况下，在低于550 K的温度下可以发生空位拖曳机制。
2014-06-09 cond-mat.mtrl-sci
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）
研究揭示氢对Fe基合金中空位稳定性及蠕变行为的电子结构控制机制，通过第一性原理计算和簇动力学分析，阐明了氢含量对不同合金体系蠕变响应的影响差异。
2026-03-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Collision Cascade-Driven Evolution of Vacancy Defects in Ni-Based Concentrated Solid-Solution Alloys
本研究通过分子动力学与静力学模拟，探究镍基浓固溶体合金中碰撞级联驱动的空位缺陷演化，发现富铬合金因肖克利不全位错作用促进位错发射与层错四面体形核，且NiCr₂₀、NiFeCr₂₀仅在高能下呈现该机制。
2024-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Semiconducting SiGeSn High-Entropy Alloy: A Density Functional Theory Study
高熵合金（High-entropy alloys，HEAs）是指由多个等摩尔或近等摩尔元素组成的合金，由于其优异的力学性能而受到广泛的研究。根据这一定义，具有相等或相当浓度的三种IV族元素的Si-Ge-Sn合金属于HEAs类别。结果，Si-Ge-Sn合金的等摩尔元素可能导致其原子结构表现出与金属HEAs相同的芯效应，例如晶格畸变。在这里，我们应用密度泛函理论（DFT）计算表明，SiGeSn HEA确实表现出大的局部畸变效应。与金属HEAs不同，我们的Monte Carlo和DFT计算表明，SiGeSn HEA由于组成元素的相似电负性而没有表现出化学短程有序，从而增加了SiGeSn HEA的构型熵。混合密度泛函计算表明，SiGeSn HEA保持半导体的带隙为0.38 eV，有希望的经济和兼容的中红外光电子学应用。然后，我们研究了中性单Si，Ge和Sn空位的能量学，发现空位形成能的宽分布，类似于金属HEAs中发现的那些。然而，我们也发现了非常小的下限（例如，0.04电子伏的Si空位）的能量分布，这是由附近的空缺的债券重组。这种小的空位形成能及其相关的键重组保留了SiGeSn HEA的半导体行为，这可能是半导体HEA区别于金属HEA的标志性特征。
2019-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Alternative interdiffusion theory of many component alloys
我们研究的相互扩散在多组分系统中使用的方法类似于一个早期开发的描述二元合金中的相互扩散。这种方法与传统理论相反，考虑了空位的积极作用，而空位的平衡分布是不应该的。在这种情况下，在通量分量的方程中，存在由空位浓度梯度调节的贡献。由于空位扩散系数远大于组分的扩散系数，对这一过程的反作用将使组分的通量相等，从而阻止空位浓度偏离平衡浓度的增加。如果我们把通量的表达式代入连续性方程，那么我们就得到了组分和空位的扩散方程组。求解了该方程组，得到了互扩散系数与相应的示踪剂扩散系数之间的关系。互扩散系数方程充分不同于传统的一个（达肯的方法）。根据导出的熔剂方程，分析了多元合金中扩散迟缓的可能原因。
2019-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of electron-positron momentum spectra of metallic alloys as supported by first-principles calculations
通过符合多普勒展宽方法测量的电子-正电子动量分布可用于湮灭环境的化学分析，通常是固体中的空位-杂质复合物。在目前的工作中，我们研究定量分析的可能性，即，用于区分缺陷周围不同原子种类的平均数。用第一性原理电子结构计算方法自洽地确定了Al-Cu、Al-Mg-Cu和Al-Mg-Cu-Ag合金中空位-溶质络合物的电子和正电子密度以及离子位置。随后的模拟符合多普勒展宽谱与测量的缺陷识别进行了比较。线性拟合程序，它使用纯组分金属中的空位处捕获的正电子的光谱作为组分，先前已被用于找到空位周围不同原子种类的相对百分比[A. Somoza等人，Phys.Rev.B65，094107（2002）]。我们测试的可靠性的程序的帮助下，第一性原理的结果，空位溶质络合物和空位组成的金属。
2007-02-15 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
Vacancy-tuned paramagnetic/ferromagnetic martensitic transformation in Mn-poor Mn_{1-x}CoGe alloys
结果表明，在贫锰Mn_（1-x）CoGe合金（0 <= x <= 0.050）中，通过空位调节策略可以获得室温附近马氏体和奥氏体相居里温度之间的温度窗口。在此基础上，在该窗口内可以实现顺磁性奥氏体向具有大磁化差的铁磁性马氏体的转变。这引起磁场诱导马氏体相变和大的磁热效应在Mn 1-xCoGe系统。根据贫Mn的Co空位结构和相应的价电子浓度，讨论了相变温度的降低和相变热滞后的降低，以及马氏体和奥氏体的稳定居里温度的降低。
2010-05-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Magnetochemical coupling effects on thermodynamics, point-defect formation and diffusion in Fe-Ni alloys: a theoretical study
本论文从理论上研究了Fe-Ni合金中的热力学、点缺陷形成和扩散性质，重点研究了铁镍合金的磁化学效应。结果来自密度泛函理论（DFT）计算和蒙特卡罗（MC）模拟使用DFT参数化的有效相互作用模型（EIM）与明确的原子和自旋变量。这项工作的第一部分是集中在热力学。我们通过DFT计算能量，磁性和振动性质和bcc-fcc相图，揭示磁性和振动熵之间的相对重要性。结合MC模拟与EIM，我们得到了一个fcc相图的居里点。我们还讨论了Mn和Cr对相稳定性的影响。第二部分的工作是致力于点缺陷的性质。我们发展了计算合金中空位形成自由能的MC格式。我们发现，在fcc的Fe和Ni的空位形成表现出的功能，以及不同于那些在bcc的Fe。在fcc结构Fe-Ni合金中，磁无序倾向于增加空位形成自由能，而化学无序则表现出相反的作用。我们还研究了磁场对面心立方Fe和Ni中自激体性质的影响。最后一部分的工作是致力于空位介导的扩散。我们评估了整个浓度范围内的扩散性质，探讨了磁化学效应对扩散的影响。这项工作充分考虑了横向和纵向自旋涨落和磁化学相互作用的影响。它提供了一个准确和一致的预测的热力学，缺陷形成和扩散性能的Fe-Ni系统，并有助于更好地了解磁性在奥氏体钢的影响。所采用的方法也可推广到其它磁性合金的研究中。
2023-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Permutation invariant neural network prediction of vacancy formation under deformation and varying chemical environment in FCC high entropy alloys
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
本研究开发了一种排列不变性机器学习框架，可高效预测面心立方高熵合金中不同变形及化学环境下的空位形成能，为多尺度合金模型提供了高效途径。
2026-08-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
Hydrogen delaying the formation of Guinier-Preston zones in aluminium alloys
氢对Al-5Cu合金在自然时效过程中GP区形成和生长的影响进行了原子尺度的实验研究和从头算数值计算。如通过扫描/透射电子显微镜观察到的，硬化动力学被延迟，由于在自然老化过程中，当氢被并入时GP区的生长较慢。根据从头计算，延迟硬化的结果从氢捕获在空位中，显着降低铜的扩散系数和铝的自扩散。扩散系数的这种降低是由于氢处于与空位交换的原子的路径中（并且增加能垒）或者由于氢从空位解离（并且导致较不稳定的状态）。
2022-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy-mediated suppression of phase separation in a model two-dimensional surface alloy by the difference of the atomic jump rates
一个空位介导的集体扩散模型是用来计算在一个典型的fcc双金属表面合金在低的中位浓度的空位的热诱导（spinodal）相分离，专注于效果的比率，$Γ=Γ_A/Γ_B$，跳跃率的空位的两种类型的原子。该模型是制定一个原子物种和空位的扩散，采用动力学输运系数推导出的Moleko \emph{et al.}（菲尔。Mag.A59，141（1989））。证明了对于A $_{0.7}$ B $_{0.3}$合金，$Γ\sim 50$导致相分离的抑制，而非常小的$Γ$值导致温和的相分离（即，抑制是不完全的）。
2022-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci math.DS
Magneto-optical Control of Ordering Kinetics and Vacancy Behavior in Fe-Al Thin Films Quenched by Laser
本文利用纳秒激光退火近等原子比Fe-Al薄膜，通过磁光监测烧蚀边缘有序化动力学并拟合模拟数据，定量估算淬火空位过饱和度。
2024-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Microscopic aspects of artificial ageing in Al-Mg-Si alloys
总溶质含量为0.8 - 1.4重量%的Al-Mg-Si合金固溶，淬火，然后在180 °C下人工时效（AA），之后应用正电子湮没寿命谱以获得关于在先前时效期间沉淀和空位演变的信息。进行硬度和电阻率测量以补充这些测量。AA在四种不同的加热介质中进行，这允许从2.4 K/s到170 K/s的变化的加热速率。研究的主要结果是空位损失和沉淀之间存在竞争。在淬火期间或在加热到AA温度期间发生的任何沉淀有助于防止空位进入下沉，并允许它们帮助溶质聚集。发现较高的溶质含量、较慢的加热至180 °C和AA之前的自然预老化具有相当的效果。
2020-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Thermal vacancy formation energies of random solid solutions
空位机制在密排无序合金有序化过程中的原子迁移中起主导作用。然而，随机固溶体的热空位形成能（VFE）的计算通常是繁琐的，由于难以考虑各种局部原子环境。在这里，我们提出了一个透明的方法，结合相干势近似和超胞局域集团展开研究随机固溶体的VFE。利用该方法研究了温度、应变和磁场对无规Al-FePt合金VFE的影响。结果表明，平均VFE随温度的升高而增大，在（001）面内拉伸和压缩应变下减小，磁激励可以进一步减小VFE。通过讨论VFE对局部原子环境和内部整体键强度的依赖性来解释这些效应。
2017-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Master equation approach to the theory of diffusion in alloys and calculations of enhancement factors for tracer solvent and tracer solute diffusion in FCC alloys
以FCC合金的五频模型为例，采用主方程方法建立了合金扩散的自洽统计理论。昂萨格系数的微观原子间相互作用和一些统计平均的表达式。我们讨论了这些平均值的计算方法，使用平均场和对集群近似来描述空位-溶质和溶质-溶质相互作用的影响，以及最近邻和第二壳层近似来描述空位相关效应。所开发的方法用于计算增强因子，确定示踪剂的自扩散和示踪溶质扩散在稀FCC合金的浓度依赖性。对于示踪剂的自扩散，我们表明，一些显着的贡献，增强因子有关的热力学活性的空缺错过了在以前的治疗这个问题。这意味着大多数现有的五频模型参数估计实际合金应予以修订。对于示踪溶质扩散，增强因子的表达式似乎是第一次提出。所获得的结果被用来估计扩散，包括空位-溶质相互作用，在几个FCC合金，必要的实验数据是可用的重要的微观参数。
2013-10-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Point defect concentrations in metastable Fe-C alloys
采用密度泛函理论和约束自由能泛函方法计算了亚稳Fe-C合金中的点缺陷种类和浓度。除非铁空位明显过量，否则碳空位占主导地位，而过量的碳会大大提高空位浓度。我们的预测经得起实验验证;它们为合理化硬化和回火钢中已知的复杂微观结构提供了基线，并扩展了由极端环境产生或受到极端环境影响的其他技术材料。
2006-05-02 cond-mat.mtrl-sci
A second binding model to study diffusion of $Cr$ diluted in BCC $Fe$
采用经典的分子静态技术（CMST）和密度泛函理论（DFT）计算方法，研究了体心立方（BCC）稀$FeCr$合金中空位和间隙迁移驱动的自扩散和示踪溶质扩散.第一次在文献中，一个六频模型（由Okamura和Allnatt开发）涉及的第二近邻结合方法适用于在一个真实的系统中的计算。我们得到微观参数，即：i）空位形成的自由能和空位-溶质结合能，ii）所涉及的跳跃频率，和iii）示踪剂相关因子。目前的近似描述更好的自和溶质原子的实验数据比最近的计算使用第一绑定的方法。此外，我们确认，空位拖曳机制是不可能发生在$FeCr$稀释合金。我们的结果还表明，扩散过程主要由空位介导，而间隙机制的扩散要慢几个数量级。
2013-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Sulfur Vacancy Related Optical Transitions in Graded Alloys of MoxW1-xS2 Monolayers
本研究合成并表征了中心富Mo、边缘W浓度渐增的二维MoₓW₁₋ₓS₂梯度合金，揭示了硫空位V_S的自旋分裂双重电子态及四个自旋允许光学跃迁，为二维材料的缺陷与光学协同工程提供了新可能。
2023-08-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Trial of a search for a face-centered-cubic high-entropy alloy superconductor
以发现面心立方（fcc）高熵合金（HEA）超导体为目标，我们开展了含Nb或Pb多元合金的材料研究。虽然一些含Nb样品的X射线衍射（XRD）图谱显示出主要的fcc相，但在3K以下没有观察到超导信号。用X射线能谱仪分析发现，所有样品都是多相的，但发现了几个新的含Nb的HEA相的存在。据证实，含Pb的HEA或四元合金的合成将是困难的，可能是由于组成元素之间的晶体结构和原子半径的大的差异，低的反应温度和合成中缺乏快速冷却过程。尽管在这项研究中的负面结果，一些线索的改进策略，寻找一个面心立方HEA超导体。此外，我们的研究结果是有用的基础数据，为未来的HEA预测或含Nb或Pb的多组分合金的相关系的研究的基础上的CALPHAD（计算相图）方法。
2020-07-01 cond-mat.mtrl-sci
From solid solution to cluster formation of Fe and Cr in $α$-Zr
为了了解Fe和Cr添加剂增加辐照Zr合金的腐蚀速率的机制，采用实验（原子探针断层扫描，X射线衍射和热电功率测量）和建模（密度泛函理论）技术相结合的方法来研究二元Zr合金中Fe和Cr的非平衡溶解度和聚集。Cr占据α-Zr晶格中的间隙和替代位点，Fe倾向于间隙位点，并且发现先前未建模的低对称位点对Fe最有利。晶格膨胀作为合金化浓度的函数（在稀状态下）对于Fe添加剂是强烈各向异性的，在收缩$a$轴的同时扩展$c$轴。在较高的溶液浓度下观察到缺陷团簇，与稀释缺陷相比，其引起的晶格应变量较小。在Zr空位的存在下，所有的两个原子簇比单个点缺陷更易溶解，并且在单个Zr空位中可以容纳多达四个Fe或三个Cr原子。Zr空位是提高缺陷团簇溶解度的关键，讨论了Zr合金辐照引起的微观结构变化的意义。
2015-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Experimental and theoretical study of tracer diffusion in a series of (CoCrFeMn)$_{100-x}$Ni$_x$ alloys
本文研究了在不同温度下，从纯Ni到等原子CoCrFeMnNi高熵合金的一系列（CoCrFeMn）$_{100-x}$ Ni $_x$合金中所有组成元素的示踪扩散。在一个给定的同源温度下，测得的示踪剂扩散系数的变化非单调沿过渡从纯镍的集中合金，最后等原子的CoCrFeMnNi合金。这是解释原子蒙特卡罗模拟的基础上修改嵌入原子的潜力，它揭示了一个空位周围的原子配置的局部非均匀性引起的相关效应，并诱导显着偏离随机合金模型的预测。
2020-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Icosahedral quasicrystal, 1/1 and 2/1 approximants in Zn-based ternary alloys containing Au and Yb/Tb
在Zn_（74.5）Au_（10.5）Yb_（15.0）附近的一个较窄的成分范围内，从880 ℃淬火的合金中形成了蔡式二十面体准晶。该准晶属于原始型，其六维点阵参数a6 D =7.378 A。在缓慢冷却的试样中没有形成准晶，并且被认为是亚稳相。稳定相是晶格参数a2/1=23.271 A的2/1近似。这种近似相只在530 ℃退火的Zn_（76.0）Au_（9.0）Yb_（15.0）合金中形成。此外，Zn_（70.5）Au_（15.5）Tb_（14.0）合金在505 ℃退火后形成蔡氏1/1近似相（α 1/1=14.343）。在这项研究中观察到的这些新的锌基相对应的准晶体相关的二元镉镧系元素的相，并显示了同构的Zn/Au取代镉的可能性。
2019-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation dynamics prediction of the strength of Al-Cu alloys containing shearable $θ''$ precipitates
研究了Al 4 wt.通过位错动力学模拟确定了含有均匀分布的$θ''$析出相的Cu合金。通过透射电镜观察，获得了合金中析出相的尺寸分布、形状、取向和体积分数，并研究了控制位错/析出相相互作用的参数（弹性失配、相变应变、位错迁移率和交叉滑移几率等）。都是通过原子模拟计算出来的沉淀物被假定为是不可穿透的或可被位错剪切的，后者的特征在于必须克服以剪切沉淀物的阈值剪切应力。的临界解析剪切应力和位错/沉淀相互作用机制的模拟预测与实验结果吻合良好。得出的结论是，该合金的最佳强度是通过均匀分布的$θ''$沉淀物获得的，该沉淀物的平均尺寸（$\approx$ 40 nm）处于沉淀物剪切和成环之间的过渡处。总之，本文提出的位错动力学策略能够提供金属合金中沉淀强化的定量预测。
2021-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Dodecagonal quasicrystal in Mn-based quaternary alloys containing Cr, Ni and Si
在含5.5或7.5at.%的富Mn四元合金中发现了一种十二方准晶，具有12重对称性Cr，5.0原子% Ni和17.5at.% Si.在700 ℃退火130 h后，准晶在\b{eta} -Mn型晶相基体中析出。准晶的形状是针状的，具有几十微米的长度。电子衍射和粉末X射线衍射实验揭示了准晶的以下特征：衍射对称性为12/mmm，存在奇数h5指数的h1 h2 h2 h1 h5型反射的系统消光，然后是五维空间群P126/mmc。对反射的索引表明，等边三角形-正方形镶嵌中的公共边的尺寸为4.560 μ m，沿12重轴的周期性为4.626 μ m。这是第一例用普通冶金方法在三维过渡金属合金中合成十二方准晶。
2015-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Positron annihilation spectroscopy for heat-treated Fe-Ga alloys and their defect structure
本文报道了Fe_（21）Ga和Fe_（22.4）Ga合金的寿命正电子湮没谱（PALS）结果，其缺陷结构与沿Fe_（21）Ga和Fe_（22.4）Ga相图从20 ℃到1000 ℃退火有关，在L_12-A_2跃迁和D_0_3相的亚晶格中。在标准俘获模型的框架下，我们估算了体金属和不同热空位的正电子湮没参数。我们还定义了这些空位缺陷的浓度，这可能有助于解释Ge-Ga合金的物理性质，包括巨软化和极端$λ_{100}$在给定的金属间化合物。
2015-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Self-diffusion in carbon-alloyed CoCrFeMnNi high entropy alloys
本文研究了（CoCrFeNiMn）$_{1-x}$ C $_x$（x = 0.002，0.005和0.008（in at.馏分）在1173至1373 K的高温下测量。在这些FCC合金中，间隙碳的加入对置换扩散的两种不同的特征效应被区分开来。在1373 K的最高温度下，由C与相对低的浓度（x = 0.002）的合金化延迟的替代元素的扩散相对于那些在无C合金。在较低的温度和/或较高的C浓度（x > 0.005），所有替代元素的扩散速率的增强被视为。提出了一个模型，涉及的自扩散系数在CoCrFeMnNi-C合金的晶格畸变所施加的溶解的碳。实验结果被解释为由于间隙C原子的存在，空位介导的扩散的迁移势垒的减少。
2021-12-20 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
