First Principles Modeling of the Temperature Dependent Ternary Phase Diagram for the Cu-Pd-S System
作为氢分离膜开发的辅助手段，我们用第一性原理计算结合热力学原理预测了温度依赖的相图。我们的方法模型的相图没有经验拟合参数。通过应用热力学原理和固溶体模型，可以解释Cu-Pd-S系统的温度依赖性特征，特别是在选择的晶相中的取代的溶解度范围。电子态密度的计算解释了某些化学取代的相对稳定性。此外，我们计算硫化阈值的Pd-S2系统和活动的Cu-Pd二进制的温度制度，相图包含多个固相。
2014-08-06 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Phase Diagram Calculations for the Octahedral-Interstitial System ZrO$_{X}$, $0 \leq X \leq 1/2$
用第一性原理计算了八面体-间隙固溶体体系αZrOX（αZr[ ] 1-X）OX; [ ]=空位; 0 \leq X \leq 1/2）的相图。用团簇展开法进行了基态分析，并计算了相图。预测的图有四个有序的基态在0 \leq X \leq 1/2的范围内，但其中一个，在X=5/12，预测不成比例的T \approx 20 K，远低于实验研究的范围T \approx 420 K。因此，在T \succeq 420 K，基于第一原理的计算预测了三个有序相，而不是实验者报告的四个。
2011-07-21 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Phase Diagram Calculations for the Octahedral-Interstitial System $HfO_{X}$, $0 \leq X \leq 1/2$
用第一性原理计算了六方密排八面体间隙固溶体体系$αHfO_{X} ($ αHf[ ]_{1-X} O_{X} $; [ ]=Vacancy; $ 0 \leq X \leq 1/2 $). The cluster expansion method was used to do a ground state analysis, and to calculate the phase diagram. The predicted diagram has four ordered ground-states in the range $ 0 \leq X \leq 1/2 $, but one of these, at X=5/12, is predicted to disproportionate at T$ \approx 220 K $. At X$ \approx 1/3（$Hf_{3}O$）和X $\approx 1/2 ($ Hf_{2} O$），序参数与温度的关系图预测了紧密相关的有序结构的魔鬼阶梯。
2011-07-26 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the temperature-pressure phase diagram of BaTiO3
采用第一性原理有效哈密顿方法研究了BaTiO_3的温压相图。我们发现离子的零点运动对相图的形状有很大的影响。具体地说，当计算中包括零点涨落时，BaTiO_3的所有极性相（四方相、斜方相和菱方相）在0 K下都能存活，而只有菱方相在0 K下存活。我们为这种行为提供了一个简单的解释。我们的结果证实了Ishidate等人提出的相图的基本正确性。78，2397（1997））。
2002-04-23 cond-mat.mtrl-sci
First-principles derived complexion diagrams for phase boundaries in doped cemented carbides
本文综述了一种计算平衡界面相图的方法，该相图描述了不同界面结构的稳定区域作为温度和化学势的函数。密度泛函理论（DFT）用于计算界面能，蒙特卡罗模拟结合基于DFT结果的团簇展开用于计算构型自由能，而CALPHAD型模型用于描述相邻体相的热力学性质。以钒掺杂硬质合金为例，绘制了WC（0001）/Co相界随温度和化学势变化的界面图。
2016-01-07 cond-mat.mtrl-sci
First principles prediction of the Al-Li phase diagram including configurational and vibrational entropic contributions
从第一性原理计算和统计力学两方面考虑了组态熵和振动熵的影响，预测了整个Al-Li相图。通过第一性原理计算拟合团簇展开式，准确预测了不同构型在不同温度下的生成焓。每种构型的振动熵贡献由每种类型的键的键长与键刚度的关系确定，并且由蒙特卡罗模拟获得不同相的吉布斯自由能作为温度的函数。预测的相图是在良好的协议与目前公认的实验一个方面的稳定（AlLi，Al2Li3，AlLi2，Al4Li9）和亚稳（Al3Li）相，它们之间的相边界和线化合物的最高稳定温度。此外，它提供了准确的信息之间的间隙Al3Li和AlLi固溶线。最后讨论了振动熵对相图正确预测的影响。总之，该方法表明，准确的合金相图的技术利益，可以预测从第一性原理计算。
2022-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Phase diagram of Pb(Zr,Ti)O3 solid solutions from first principles
第一性原理推导的方案，结合铁电和反铁电畸变的自由度，开发研究有限温度下的PbZr 1-xTixO 3固溶体附近的准同型相界的性质。这种数值技术的使用（i）解决了一些Ti成分的单斜基态的争议，（ii）导致发现一个被忽视的阶段，和（iii）产生三个多相点，每个点与四个阶段。额外的中子衍射测量有力地支持了其中的一些预测。
2006-10-04 cond-mat.mtrl-sci
A first principles study of high pressure phase diagram of bismuth at 0 ~14 GPa based on structure search and quasi-harmonic approximation
基于结构搜索和准谐波近似，我们对0~14 GPa压力下铋晶体结构进行了第一性原理研究。用结构搜索法预测了一个新的Pbcm对称稳定相。结果表明，Bi在0 K时最稳定的结构分别为R-3 m（0 ~ 3.29 GPa）、Pbcm（3.29 GPa ~ 4.91 GPa）、Cmce（4.91 GPa ~ 10.57 GPa）和Im-3 m（> 10.57 GPa）。在准谐波近似下，利用第一性原理计算预测了铋的相图。我们发现，随着温度的升高，相变压力降低。计算结果与实验相图趋势一致。在我们的计算中，P4/ncc模型结构的非公度Bi-III相是不是一个稳定的相。仍然需要一个更好的Bi-III相模型。我们还注意到，自旋轨道相互作用是非常重要的铋相图模拟。采用基于第一性原理的结构搜索方法，成功地确定了铋的低温高压相图，表明结构搜索方法可以有效地找到给定材料在高压下的最稳定结构，即使是高Z元素。
2019-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Accurate First-Principles Electrochemical Phase Diagrams for Ti Oxides from Density Functional Calculations
发展一种精确的模拟固体电化学稳定性的方法，以及理解与其准确性相关的物理，对于改善化合物的性能和预测新材料在水环境中的稳定性至关重要。在这里，我们提出了一个工作流程的第一原理电化学相图（Pourbaix）的准确计算。利用该方案，我们利用密度泛函理论研究了Ti和Ti氧化物的电化学稳定性。首先，我们发现交换相关泛函在预测形成能和电化学稳定性方面的准确性与其中的电子交换相互作用密切相关。其次，MetaGGA和混合泛函与更精确的描述的电子交换相互作用导致系统的Pourbaix图的准确性的改善。此外，我们表明，准确的Ti Pourbaix图也需要包括通过振动贡献的自由能的热效应。然后，我们用这些图来解释各种实验的Ti-O系统的电化学现象，并表明，如果实验形成能量的钛氧化物，其中包含的贡献，由于其产生在高（燃烧）温度下的缺陷，直接用于预测室温Pourbaix图然后显着的不准确的结果。相反，来自精确的第一性原理计算的形成能，例如，使用元GGA和混合泛函，被发现是更可靠的。最后，为了方便将来的应用，我们准确的电化学相平衡图，钛Pourbaix图与水离子浓度的变化也提供了。
2015-11-17 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Phase Diagram Calculation for the 2D TMD system $WS_{2}-WTe_{2}$
第一原理相图计算，其中包括范德华相互作用，进行了散装过渡金属二硫属化物系统$(1-X) \cdot WS_{2} - (X) \cdot WTe_{2}$。为了获得收敛的相图，进行了一系列的簇展开计算，其中结构-能量的数量（$N_{Str}$）增加到$N_{Str}=435$，用于拟合簇展开哈密顿量。所有计算的形成能是正的，所有基态分析预测，形成能与16个或更少的阴离子网站的超级电池是积极的，但当$\approx 150 N_{Str} \leq 376$，假有序基态预测。对于$N_{Str} \geq 399$，仅预测了溶解度间隙，但该间隙具有与从尺寸效应考虑所预期的相反的显著不对称性;即，计算预测在图的小离子富S侧的溶解度更大，而在大离子富Te侧的溶解度更小。这是因为富含S的低能亚稳有序构型的能量低于富含Te的构型。
2017-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Equilibrium Phase Diagrams of Isostructural and Heterostructural Two-Dimensional Alloys from First Principles
合金化是调整二维过渡金属二硫属化物（TMDC）相和性质的成功策略。为了加速合成新的TMDC合金，我们提出了一种方法，通过结合第一性原理总能量计算与热力学溶液模型生成温度-成分平衡相图。该方法适用于三个代表性的二维TMDC合金：同构合金，MoS 2（1-x）Te 2x，和两个异质结构合金，Mo 1-xWxTe 2和WS 2（1-x）Te 2x。我们表明，这些二元合金的整个组成范围内的混合焓可以可靠地表示使用子正规溶液模型拟合的总能量的一小部分的组合物，使用密度泛函理论计算特殊的准随机结构。亚规则溶液模型使用三次拟合，其捕获在具有六方结构的这些TMDC合金中重要的三体效应。通过比较用这种方法生成的同构和异质结构相图与用团簇展开方法计算的相图，我们证明了这种方法可以用于快速设计TMDC合金和相关的二维材料的相图。
2022-03-23 cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigations of the magnetic phase diagram of Gd$_{1-x}$Ca$_{x}$MnO$_{3}$
首次采用密度泛函理论研究了稀土锰氧化物系列Gd $_{1-x}$ Ca $_{x}$ MnO $_{3}$（GCMO）在全浓度范围内的磁相图。GCMO已被证明可以形成固溶体。我们考虑到这种无序的字符，通过适应特殊的准随机结构，在不同的浓度步骤。磁相图主要通过Mn位之间的磁交换相互作用来描述，并进行Monte Carlo模拟来估计相应的转变温度。它们与最近的实验非常吻合。空穴掺杂区域$x<0.5$显示出强铁磁基态，其在较高的Ca浓度下与A型反铁磁性竞争$x>0.6$。
2019-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Active learning potentials for first-principles phase diagrams using replica-exchange nested sampling
Institute of Materials Chemistry, TU Wien（维也纳工业大学材料化学研究所）
本文提出基于复制交换嵌套采样的主动学习策略，用于生成训练数据和计算相图，展示其在硅、锗和钛中的有效性。
2025-12-13 cond-mat.mtrl-sci
The intercalation phase diagram of Mg in V$_2$O$_5$ from first principles
我们已经研究了镁嵌入到正交V $_2$ O $_5$中，已知仅有的三种可逆嵌入镁离子的阴极之一。通过计算Mg $_x$ V $_2$ O $_5$的基态组态，并对$δ$ -V $_2$ O $_5$的组态无序进行团簇展开，得到了完整的温度-组成相图。我们的计算表明完全脱镁的$α$ -V $_2$ O $_5$和完全镁化的$δ$ -V $_2$ O $_5$之间存在平衡相分离行为，但也激发了两相中潜在的亚稳固溶体转变路径的存在。我们发现Mg在$δ$多晶型物中具有显著更好的流动性，这表明通过使Mg在$δ$相中循环可以实现更好的性能。
2015-05-28 cond-mat.mtrl-sci
First principles prediction of the Al-Li phase diagram
用第一性原理计算结合集团展开理论和统计力学确定了Al-Li系相图。基态相由fcc和bcc构型的第一性原理计算确定，而相变随温度的变化由热力学巨势和吉布斯自由能确定.总的来说，计算的相图与目前公认的实验相图是一致的，但模拟提供了新的见解，这是重要的，以优化这些合金的微观结构，通过热处理。特别是，潜在的GP区的结构，由嵌入在Al基质中的Al0.5Li0.5（001）单层，被确定。结果发现，Al 3Li是一个稳定的相，虽然转化成AlLi的Al 3Li的能量障碍是非常小的（几毫电子伏），可以克服热振动。此外，bcc AlLi被发现是由fcc结构的马氏体相变形成的，Al 3Li沉淀物是AlLi形核的有利位置，因为它们包含这种fcc有序的基本块。最后，给出了不同相的吉布斯自由能随温度和成分变化的多项式表达式，可用于Al-Li合金析出过程的细观模拟。
2021-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic phase diagram of the semi-Heusler alloys from first-principles
采用第一性原理计算结合冻结磁振子近似，计算了Mn基半Heusler合金在T=0时的磁相图。我们发现，在这些系统中的磁性强烈依赖于传导电子的数量，它们的自旋极化和未占用的Mn 3d态相对于费米能量的位置。根据这些特性获得各种磁相。确定了导致不同磁行为的条件。我们发现，在一个大的传导电子自旋极化和未被占用的Mn 3d状态躺在远高于费米能级的情况下，RKKY类铁磁相互作用占主导地位。另一方面，反铁磁超交换变得重要的存在下，未被占用的Mn 3d状态躺在接近费米能的大峰。整体磁性行为取决于这两种交换机制的竞争。所得结果与已有的实验数据吻合得很好。
2006-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Revisit the phase diagram and piezoelectricity of lead zirconate titanate from first principles
该研究利用机器学习深度势模型模拟PZT，重现相图并阐明MPB处铁电纳米畴的极化旋转驱动高压电响应。
2023-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Revisiting the zero-temperature phase diagram of stoichiometric SrCoO3 with first-principles methods
通过使用基于密度泛函理论的第一性原理方法，我们重新审视了化学计量SrCoO 3的零温相图，SrCoO 3是一种铁磁金属钙钛矿，随着其氧含量的降低，其结构、电子和磁性都发生了显著的变化。我们考虑了体和外延薄膜的几何形状。在块体情况下，我们发现，具有适度的Jahn-Teller扭曲和c/a比为~1/sqrt{2}的四重态P4/mbm相被一致地预测为具有比迄今为止假设的基态立方Pm-3 m相更低的能量。在薄膜中，我们发现两个相变发生在压缩和拉伸外延应变。然而，与以前的理论预测相反，我们的结果表明：（i）由拉伸应变引起的相变是同构的，并且仅涉及磁自旋序的变化（即，不是金属到绝缘体的转变），以及（ii）由压缩应变引起的相变包括同时的结构、电子和磁自旋序变化，但是所需的外延应力太大（<-6%），以致于在实践中不可能观察到。我们的研究结果要求在低温下完全氧化的SrCoO 3样品中进行的晶体学分析的修订，以及以前的第一性原理研究。
2016-08-31 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles-Based Strain and Temperature Dependent Ferroic Phase Diagram of SrMnO$_3$
超导结构SrMnO $_3$是一种罕见的多铁性材料的例子，其中应变调谐和/或阳离子取代可以导致一致的磁性和铁电有序温度，这将保证强磁电耦合效应。在这里，我们建立了温度和应变依赖的铁性相图SrMnO $_3$使用基于第一性原理的有效哈密顿量。使用密度泛函理论计算这些哈密顿量的所有参数，即，不需要对实验数据进行拟合。温度依赖性，然后从Monte Carlo和分子动力学模拟。我们观察到一系列的几个磁转变下增加拉伸应变，与相应的临界温度的适度变化。相反，铁电体居里温度在2.5%应变附近开始急剧上升，并在3%应变以上越过磁转变温度。我们的研究结果表明，明显的磁电耦合，表现在戏剧性的变化的磁有序温度和不同的磁基态的铁电畸变的功能。此外，当应变大于4%时，得到铁电和铁磁有序共存的结果.我们计算的相图表明，通过施加电场来控制SrMnO $_3$的磁性能，显著改变磁转变温度，甚至诱导不同磁状态之间的转变的可能性。
2018-07-12 cond-mat.mtrl-sci
Uncertainty Quantification of First Principles Computational Phase Diagram Predictions of Li-Si System Via Bayesian Sampling
在这项工作中，评估的CALPHAD方法只训练密度泛函理论（DFT）的数据进行锂硅二元系统，作为一个案例研究。使用基于贝叶斯误差估计函数（BEEF-vdW）交换相关势的参数采样方法。通过使用BEEF-vdW的泛函的内置系综，得到吉布斯自由能拟合参数的不确定性，并可以传播到所得的相图。为了找到CALPHAD模型的最佳拟合形式，我们使用贝叶斯信息准则（BIC）实现了模型选择步骤。将从DFT计算中选择的最佳CALPHAD模型应用于其他采样的BEEF泛函，生成CALPHAD模型的集合，从而产生相图预测的集合。然后将所得的相图编译成表示预测的最可能的相以及预测的置信度的定量度量的单相图。这种对DFT产生的不确定度的处理提供了一种严格的方法，以确保DFT的相关误差在不确定度的估计中得到考虑。从相图中，我们已经确定了锂化硅的嵌入电压。结合起来，我们可以更好地理解相变和电压曲线，为实验和电池内Si阳极的性能做出更有分析依据的预测。
2020-02-23 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Investigation of the Al-V Phase Diagram
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；Slovak Academy of Sciences（斯洛伐克科学院）
研究铝钒合金系统相图，通过电子密度泛函理论结合统计力学方法，构建自由能模型，确定富钒区域基态，表明AlV₃以Al15结构为中间温度相稳定存在，揭示了有限温度下各相相对稳定性。
2026-07-09 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculation of the thermodynamics of In$_x$Ga$_{1-x}$N alloys: Effect of lattice vibrations
采用第一性原理密度泛函方法计算了纤锌矿和锌掺杂\InGaN合金的热力学性质。特殊的准随机结构被用来描述无序合金，为$x= 1/4, 1/2$，和3/4。通过声子谱的第一性原理计算，考虑了半导体合金相图计算中通常忽略的晶格振动对相图的影响。晶格振动的包含导致有序-无序临界温度的大幅度降低（分别为纤锌矿和锌纤锌矿结构的$\sim 29$ %和$\sim 26$ %），并通过竞争相的熵的变化改变溶解度和旋节曲线的形状。忽略这种效应，在复杂有序半导体化合物的相图中会产生很大的误差。纤锌矿结构的相分离的临界温度为1654 K（1771 K）。预测的相图与MOCVD \InGaN \膜的实验测量结果一致。
2006-07-03 cond-mat.mtrl-sci
First-principles analysis of the Al-rich corner of Al-Li-Cu phase diagram
用第一性原理计算和统计力学方法确定了Al-Li-Cu系富铝区的相图。利用密度泛函理论模拟计算了整个Al-Li-Cu体系中不同晶格的多种组态的混合势，以寻找凸壳中的稳定相.用团簇展开法对它们进行了拟合，计算了富铝区（Al含量> 40 at. %蒙特卡罗模拟。发现Al-Li-Cu相图富Al区的基态相为α-Al，θ'（Al 2Cu），δ'（Al 3Li），δ（AlLi）和T1（Al 6Cu 4Li 3），而α“”（Al 3Cu），T1'（Al 2CuLi）和Al 3Cu 2Li位于其晶格的最低混合焓面上，是亚稳态的。α-Al，δ和T1在整个温度范围内都是稳定相，而δ'在很低的温度下成为亚稳相，由于振动熵的贡献，θ（Al 2Cu）在550 K左右取代θ'成为稳定相。此外，还绘制了富铝区的相图，并给出了100 ~ 900 K的等温截面图。它们与文献中有限的实验数据非常一致，并提供了关于不同相的稳定性、溶解度和化学计量的新信息。这些信息对于理解高温老化过程中的沉淀机制非常重要。
2022-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Phase Diagram of Infinite-layer Nickelate Compounds from First- and Second-principles Calculations
无限层的稀土镍酸盐（RNiO 2）的基本性质进行了仔细的重新审视，并与那些CaCuO 2和RNiO 3钙钛矿进行比较。结合第一原理和有限温度第二原理计算，我们强调，散装NdNiO 2化合物是远远不等同于CaCuO 2，一起在结构，电子和磁性水平。在结构上，它被证明是易于自旋-声子耦合诱导的氧正方形旋转运动，这可能是负责有趣的电阻率上升。在电子和磁性水平上，我们指出了具有强面外带色散的轨道选择性Mott局域化，这将导致各向同性的上临界场和具有面内局域矩和面外巡游矩的弱三维磁相互作用.我们进一步证明，在RNiO 3钙钛矿，氧旋转运动和稀土离子控制的电子和磁性可以引起RNiO 2化合物的丰富的相图和各种吸引人的性能的高可调性。与此相一致，我们揭示了高Tc超导体的关键成分，如轨道极化，费米表面，反铁磁相互作用，可以故意控制在NdNiO 2通过外延应变。利用应变轨道工程，可以建立从三维到二维的磁转变的交叉，使NdNiO 2薄膜成为高Tc铜酸盐的真正类似物。
2022-01-03 cond-mat.mtrl-sci
CO oxidation on Pd(100) vs. PdO(sqrt5xsqrt5)R27^o: First-Principles Kinetic Phase Diagrams and Bistability Conditions
我们提出了第一性原理动力学蒙特卡罗（1 p-kMC）模拟解决CO氧化反应在Pd（100）的气相条件下，从超高真空（UHV）到环境压力和高温。对于后一种技术相关的制度，关于活性表面的性质存在着长期的争论。原始金属表面、超薄（sqrt 5xsqrt 5）R27^0 PdO（101）表面氧化物和较厚的氧化物层均被认为是活性状态。我们调查这些假设与1 p-kMC模拟集中在Pd（100）表面或PdO（101）表面氧化物和有趣地获得一系列的（T，p）-条件，其中两个终端出现亚稳态。预测的双稳态机制很好地与Hendriksen及其同事实验报告的振荡行为联系在一起[Catal. Today 105，234（2005）]。在这个制度，我们发现，这两个表面终端表现出非常相似的内在反应性，这把怀疑试图分配催化功能，只有一个活性状态。
2013-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Rapid estimation of synthesizability windows of inorganic materials from first principles
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
提出一种高通量生成相优势图的方法，通过拟合元素相参考能量和机器学习原子间势，快速估计无机材料在温度与气体分压下的合成条件，大幅降低计算成本。
2026-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Roadmap for electronic structure, anharmonicity, and electron-phonon calculations in locally disordered inorganic and hybrid halide perovskites
Univ Rennes, INSA Rennes, CNRS, Institut FOTON - UMR 6082（雷恩大学，雷恩国立应用科学学院，法国国家科学研究中心，FOTON研究所）；Computation-based Science and Technology Research Center, The Cyprus Institute（塞浦路斯研究院计算科学与技术研究中心）；Univ Rennes, ENSCR, INSA Rennes, CNRS, ISCR - UMR 6226（雷恩大学，雷恩高等师范学院，雷恩国立应用科学学院，法国国家科学研究中心，ISCR研究所）；Oden Institute for Computational Engineering and Sciences, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校奥登计算工程与科学学院）；Department of Physics, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校物理系）
本文提出了一种基于特殊位移方法的原位方法，用于研究无机和混合卤化物钙钛矿的局部无序电子结构、非谐振性和电子-声子耦合，以预测温度依赖的物理性质。
2026-02-08 cond-mat.mtrl-sci
First-principles-based Prediction of Phase Fields: Part I. Binary and Ternary Refractory Alloys
Washington University in St. Louis（华盛顿大学）；University of Wisconsin, Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本研究提出一种结合DFT混合焓与亚规则溶液模型的计算框架，无需高阶拟合即可高效预测难熔多主元合金的相图，经36个二元和15个三元相图验证，预测混溶温度误差通常在300 K内，并提供了在线交互工具。
2026-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Principles of crystal growth of intermetallic and oxide compounds from molten solutions
我们提出了一个从熔融溶液中的金属间化合物和氧化物化合物的晶体生长的原理教程，重点是基本的相平衡和多组分系统的相图的基本原则。
2012-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Double-layer ice from first principles
单层和多层冰与正方形晶格结构的形成最近已被报道的基础上，透射电子显微镜实验，在封闭的二维冰的兴趣更新。在这里，我们报告了一个系统的密度泛函理论研究双层冰在纳米约束。本文给出了作为限制宽度和侧压力的函数的相图。相图中包括蜂窝状六方结构、方管结构、六方密排结构和屈曲菱形结构。然而，与实验观察相反，正方形结构没有功能：我们最稳定的双层正方形结构被预测为亚稳态。该研究为双层受限冰的相变提供了一般性的见解，并为石墨烯纳米毛细管实验中方冰的稳定性提供了一个新的理论视角。
2017-03-10 cond-mat.mtrl-sci
First-principles, atomistic thermodynamics for oxidation catalysis
目前对材料功能的认识主要基于在低温和超低压下进行的研究（实验和理论）。然而，大多数日常应用，例如催化，在大气压和300 K或高于300 K的温度下操作。在这里，我们采用从头算，原子热力学构建的（T，p）-空间从超高真空技术相关的压力和温度的表面结构的相图。我们强调这种相图的价值以及反应动力学的重要性，这可能是至关重要的，例如，接近相边界。
2002-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Mixed-halide perovskite alloys $\text{CsPb}(\text{I}_{1-x}^{}\text{Br}_x^{})_3^{}$ and $\text{CsPb}(\text{Br}_{1-x}^{}\text{Cl}_x^{})_3^{}$: New insight of configuration entropy effect from first principles and phase diagrams
本研究利用 DFT 遍历20原子混合卤化物构型，计算配分函数与构型熵，并纳入声子振动贡献，构建两种钙钛矿合金的温度-组分相图。
2024-02-29 cond-mat.mtrl-sci
Phase Diagram of Carbon Nickel Tungsten: Superatom Model
采用第一性原理计算和半巨正则蒙特卡罗模拟研究了碳在面心立方Ni-W合金中的溶解度和C-Ni-W相图。以密度泛函理论的总能量作为拟合数据，建立了一个超原子模型，进行了高效的模拟。利用多直方图分析来预测不同组成和温度的自由能。通过比较竞争相的自由能，我们能够预测在不同温度下的碳溶解度和C-Ni-W相图。一个简单的理想混合近似给出了定性相似的预测。
2017-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Electronic phase diagrams of carriers in self-assembled InAs/GaAs quantum dots: violation of Hund's rule and the Aufbau principle for holes
采用单粒子赝势和多粒子组态相互作用方法研究了InAs/GaAs量子点中最多六个电子或空穴的轨道和自旋组态.我们发现，虽然{ \it电子}的充电遵循Hund规则和Aufbau原则，{ \it空穴}的充电遵循非平凡的充电模式，违反Aufbau原则和Hund规则，并且对量子点尺寸的细节是鲁棒的。预测孔装药序列提供了一个新的解释最近的充电实验。
2005-05-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
High-pressure phase diagram of hydrogen and deuterium sulfides from first principles: structural and vibrational properties including quantum and anharmonic effects
采用第一性原理密度泛函理论计算方法研究了高温超导三氢化硫和三氘化硫在高压$Im\bar{3}m$和$R3m$相中的结构和振动性质。当压力降低时，可能发生菱面体转变$Im\bar{3}m \rightarrow R3m$，伴随着氢键不对称化和三角晶格畸变的发生。在静水条件下，我们发现，与最近一些实验中提出的相反，如果存在菱面体扭曲，它主要影响氢键，而由此产生的细胞扭曲很小。我们估计，发生的应力各向异性约$10\%$可以解释这种差异。假设流体静力条件下，我们计算的临界压力时，菱面体转变发生。量子和非谐效应，这是相关的，在这个系统中，包括在非微扰水平的随机自洽谐波近似（SSCHA）。在这种方法中，我们通过计算自由能Hessian来确定转变压力。我们发现，量子非谐效应是负责一个强大的减少的临界压力与经典谐波的方法。此外，我们观察到一个突出的同位素效应，因为我们估计更高的压力转换为D ${}_3$ S比H ${}_3$ S。最后，在SSCHA中，我们计算了$Im\bar{3}m$相的非简谐声子谱函数。系统的强非谐性被证实的发生非常大的非谐加宽导致复杂的非洛伦兹线的形状。然而，对于例如通过红外光谱可获得的在区中心处的振动光谱，加宽非常小（线宽最多约为2~meV）并且非谐声子准粒子被很好地定义。
2018-02-22 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
Cu-Au, Ag-Au, Cu-Ag and Ni-Au intermetallics: First-principles study of phase diagrams and structures
经典的冶金系统-贵金属合金-已经形成了各种合金理论的基准，被重新审视。采用第一性原理完全弛豫广义势LAPW方法计算了Cu-Au、Ag-Au、Cu-Ag和Ni-Au合金的相稳定性、热力学性质和键长。(i)我们的理论计算正确地再现了Ag-Au和Cu-Au在T=0 K时形成化合物以及Ni-Au和Cu-Ag在T=0 K时发生相分离的趋势。(ii)在所有可能的结构中，Cu/sub 3/Au（L1/sub 2/）和CuAu（L1/sub 0/）是Cu/sub 1-x/Au/sub x/中最稳定的低温相，其转变温度分别为530 K和660 K，而实验值分别为663 K和670 K。与以前的第一性原理研究相比，本研究的显著改进归功于对原子弛豫的更精确的处理。(iii)LAPW形成谱表明，通常认为的CuAu/sub 3/的稳定相L1/sub 2/不是富Au合金的基态，而是有序<100>超晶格的稳定相。(iv)我们提取非构型的（例如，振动）熵的形成，并获得大的值的尺寸失配系统：0.48 k/sub B//原子在Ni/sub 0.5/Au/sub 0.5/（T=1100 K），0.37 k/sub B//原子在Cu/sub 0.14/Ag/sub 0.86/（T=1052 K），和0.16 k/sub B//原子在Cu/sub 0.5/Au/sub 0.5/（T=800 K）。(v)用8原子/晶胞的特殊…
1997-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic phase diagram and first principles study of Pb3TeCo3V2O14
Pb_3 TeCo_3V_2 O_（14）的反铁磁有序化是通过形成T ~* ~ 10.5K的短程关联区和在TN_1 = 8.9K时的二级相变和在TN_2 = 6.3K时的一级相变而实现的。外加磁场会迅速破坏T <TN 2的磁结构，并影响TN 2 < T <TN 1的磁序，从而导致由磁化强度和比热测量得到的复杂的Pb 3 TeCo 3V 2 O 14磁相图。第一性原理计算表明，与层状晶体结构不同，Pb_3 TeCo_3V_2 O_（14）的磁性子系统是准一维的，并且由弱耦合的三角形管组成。
2014-02-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Automating First-Principles Phase Diagram Calculations
设计一种评估材料热力学稳定性的计算工具是建立"虚拟实验室“所需的最重要步骤之一，在虚拟实验室中，材料可以从第一原理设计，而不依赖于实验输入。虽然从第一性原理计算固态相图的形式主义已经很好地建立起来，但它的实际实现仍然是一个繁琐的过程。开发一个完全自动化的算法来执行这样的计算有两个目的。首先，它将使这个强大的工具提供给大量的研究人员。第二，它使计算过程不受任意参数的影响，保证所获得的结果真正来源于基本的第一性原理计算。所提出的算法形式化相图计算的最困难的步骤，即确定的“集群扩展”，这是一个紧凑的表示合金的能量的构型依赖。传统上，这是通过将簇膨胀的未知相互作用参数拟合到从第一原理计算的一组结构能来实现的。我们提出了一个正式的统计基础的相互作用参数的选择，包括在集群扩展和使用的结构，以确定它们。所提出的方法依赖于交叉验证和方差最小化的概念。本文介绍了该方法在计算Si-Ge、CaO-MgO、Ti-Al和Cu-Au系相图中的应用。
2004-06-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Can we trust the temperature - misfit strain thin film phase diagrams?
目前用于描述铁电薄膜的热力学的方法（朗道理论或基于从头算的蒙特卡罗模拟）是基于内部自由度的能量展开。结果表明，这些方法可能会遭受很大的不准确性，除非高阶机电相互作用不考虑在内。高阶机电耦合强烈重整化的热力学能量膨胀的第六次幂极化项。在本文中，除了一般的声明，我们说明它与一个例子的温度失配应变相图的钛酸钡薄膜与高阶机电相互作用的评估使用第一性原理计算。
2013-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Spin crossover in ferropericlase from first-principles molecular dynamics
铁镁长石（（Mg，Fe）O）是地球下地幔中第二丰富的矿物。随着压力的增加，材料中的Fe离子开始从磁性到非磁性自旋状态坍缩。我们提出了一个有限温度的第一原理相图的自旋交叉，发现一个广泛的压力范围内共存的磁性和非磁性离子由于有利的焓混合的两个。此外，我们发现矿物的导电性在地球内部达到半金属值。
2015-01-13 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of phase stability of Gd-doped EuO and EuS
采用第一性原理计算结合标准集团展开方法和蒙特卡罗模拟，构建了Eu $_{1-x}$ Gd $_x$ O和Eu $_{1-x}$ Gd $_{x}$ S准二元合金体系的等电子相图.该氧化物体系在富Gd侧具有较宽的扩散间隙，但在富Eu侧形成有序化合物，在生成焓图中表现出深的不对称凸包。硫化物体系没有稳定的化合物。氧化物和硫化物化合物的形成能力的巨大差异是由于局部晶格弛豫的贡献，这是敏感的阴离子的大小。Gd在EuO和EuS中的溶解度在室温下在10-20%的范围内，并且在更高的温度下迅速增加，这表明可以在没有第二相沉淀的情况下产生高度掺杂的无序固溶体。我们还预测，在适当的实验条件下，岩盐钆可以稳定。
2010-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Addressing the lattice stability puzzle in the computational determination of intermetallic phase diagrams
不稳定元素相的相稳定性的计算是相图计算中一个长期存在的问题。在这里，我们解决这个问题，通过明确计算的金属间化合物系统的相图，其效果应该是最显着的，二元系统的钛与bcc过渡金属（钼，铌，钽和V）。两种类型的相图构建：一个基于从经验数据中提取的晶格稳定性，和其他使用的晶格稳定性计算的第一性原理。结果表明，使用经验值得到的相图包含明显的矛盾与实验相图在众所周知的限制的低温或高温。只有当使用计算的晶格稳定性值时，才能实现与实验观察具有良好一致性的现实相图。在中等温度下，计算的相图解决了关于这些系统中固溶线形状的争议，预测了具有共析转变的复杂结构和两个体心立方相之间的相容性间隙。
2016-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Phase Diagram of growth modes in Graphene Growth on Cooper by Vapor Deposition
本文通过第一性原理计算和经典成核理论构建铜衬底上石墨烯CVD生长的相图，预测单层或双层生长模式，揭示高氢压作用并指导实验。
2024-06-11 cond-mat.mtrl-sci
High-pressure Mg-Sc-H phase diagram and its superconductivity from first-principles calculations
本文采用进化算法和第一性原理计算对高压下Mg-Sc-H三元体系（Mg $_x$ Sc $_y$ H $_z$）的晶体结构进行了全局搜索。在此基础上，计算了Mg $_x$ Sc $_y$ H $_z$对$z/(x+y) < 4$的热力学凸壳和压力相关相图。我们已经确定了四种具有较高氢含量的化学稳定化合物的稳定晶体结构，即，$R\bar{3}m$ -MgScH $_{6}$、$C2/m$ -MgPDMATHABMU ScH $_{10}$、$Immm$ -MgSc $_{2}$ H $_{9}$和$Pm\bar{3}m$ -Mg（ScH $_{4}$）$_{3}$。用McMillan-Allen-Dynes公式结合第一性原理声子计算方法预测了它们的超导转变温度。发现它们表现出超导性;其中，预测$R\bar{3}m$ -MgScH $_{6}$在200 GPa下具有最高的$T_{c}$（即23.34 K）。
2021-09-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
First-principles molten salt phase diagrams through thermodynamic integration
本研究提出从低成本力场向DFT训练的神经网络势进行热力学积分，以近经典势成本实现NaCl固-液相边界的第一性原理预测，并证明色散相互作用对准确性至关重要。
2023-06-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Ab initio construction of magnetic phase diagrams in alloys: The case of Fe$_{1-x}$Mn$_x$Pt
本文提出用第一性原理方法绘制金属合金的浓度-温度磁相图。该方法采用自洽的总能量计算的基础上的相干势近似的部分有序和非共线磁状态，并能够考虑竞争的相互作用和多个磁相。应用于Fe $_{1-x}$ Mn $_x$ Pt“磁性变色龙”体系，得到了T=0时的磁相序列和与实验符合较好的c-T磁相图，并预测在富Mn端有一个新的低温相。证明了非海森堡相互作用对磁相图描述的重要性。
2015-07-07 cond-mat.mtrl-sci
First-principles Calculation of the Formation Energy in MgO-CaO Solid Solutions
采用实空间多重散射理论和局域密度近似计算了有序和无序MgO-CaO固溶体的电子结构和总能量。根据总能量对晶胞体积的依赖关系，确定了不同溶液组成下的平衡晶格参数和形成能。发现固溶体的形成能为正，这与实验相图相一致，显示出可混性间隙。
2001-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio phase diagram of BaTiO$_3$ under epitaxial strain revisited
我们重新审视的BaTiO $_3$双轴应变下使用基于第一性原理的有效哈密顿方法的相图。我们发现，除了四方（$c$），准菱面体（$r$），准正交（$aa$）铁电相，已经讨论过，有温度和应变区域，特别是在拉伸应变下，系统分解成多域结构。在这种情况下，应变系统，至少在局部水平上，恢复与未夹紧的块状材料相同的相序。此外，我们将这些结果从“均匀”双轴应变的情况下，两个面内晶格常数应变不同的情况下，并表明，类似的考虑适用于这种情况下。
2015-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Constraints on the phase diagram of molybdenum from first-principles free-energy calculations
我们使用第一性原理技术重新检查的建议，在高P实验中看到的过渡钼是固体-固体的转变，从bcc结构的fcc或hcp结构。我们证实了最近报道的在简谐近似下，当P > 325 GPa和T低于熔化曲线时，fcc和hcp结构的自由能低于bcc结构的自由能。然而，我们表明，如果非谐效应完全包括这不再是真的。我们计算完全非谐自由能的高T晶相的热平均应力相对于应变的结构变形到彼此的集成，也从谐波参考系的完全非谐系统的热力学积分。我们的发现，面心立方结构的稳定性低于体心立方结构的相关高P/高T区域的支持，通过比较使用第一性原理参考共存技术计算的两种结构的熔化曲线。我们目前的第一性原理模拟的基础上，最近提出的Z方法，也支持的稳定性bcc面心立方。
2011-05-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Rare Earth Monopnictides and Monochalcogenides from First Principles: Towards an Electronic Phase Diagram of Strongly Correlated Materials
本文对140个稀土化合物的电子结构进行了从头算研究。具体来说，我们预测的电子相图的整个范围内的稀土nitronictides和monocalcogenides，金属，半导体和重费米子样区域组成，并表现出配体化学和镧系收缩之间的复杂的相互作用所带来的化合价转变。计算利用了第一原理方法的综合效应，该方法可以充分描述电子的双重性质，巡回与本地化，以及通过增加可用的计算能力而实现的高吞吐量计算。我们的研究结果，包括预测的“中间价”化合物的氧化钐和TmSe，是在整体上非常好的协议与现有的实验数据。该方法的准确性，例如通过计算的晶格参数在实验值的1.5%以内证明，以及它描述固体中局部化现象的能力，使其成为搜索和设计具有特定物理性质和可能的技术应用的新材料的有竞争力的原子模拟方法。
2010-12-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Percolation Diagrams Derived from First-Principles Investigation of Chemical Short-Range Order in Binary Alloys
Northwestern University（西北大学）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）
本研究通过第一性原理计算，构建了二元合金中化学短程有序的渗透图，揭示了SRO对渗透阈值的影响，为抗腐蚀合金设计提供理论依据。
2025-12-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Lu-H-N phase diagram from first-principles calculations
本研究通过高通量第一性原理计算构建了Lu-H-N相图，发现该系统无稳定三元结构但存在亚稳态，且高压会改变能量凸包并稳定二元相，LuH2间隙空位解释了部分化合物形成。
2023-03-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Electron correlation and the phase diagram of Si
以前的第一性原理计算的熔化特性的Si，基于局域密度近似（LDA）的电子交换相关能量，预测的熔化温度低约20%。我们提出了新的第一原理的结果表明，这个问题是由于非取消的半导体固体和金属液体之间的交换相关误差。结果表明，其他来源的误差，特别是那些由于系统的大小和布里渊区采样，可以忽略不计。相同的LDA误差导致金刚石-Si-> β-锡-Si转变的压力预测不足。广义梯度近似在很大程度上校正了Si相图的这两个特征。
2002-07-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
