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 modelling of the Shape Memory Effect
本文综述了分子动力学作为一种描述固-固相变的方法的现状，及其与连续谱方法的关系。模拟工作在NiTi和Zr使用第一性原理和半经验电位。这表明了将平衡热力学扩展到纳米尺度的失败，以及系统特定细节对马氏体形成动力学的至关重要性。NiTi的实验和理论晶体结构之间的不一致性进行了描述，连同其可能的分辨率在纳米级的影响。
2005-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Avalanches in the athermal quasistatic limit of sheared amorphous solids: an atomistic perspective
本文研究了模型非晶态固体在缓慢非热变形极限下屈服相变的统计性质。塑性流动通过弹性加载的交替阶段发生，其间以集体雪崩的形式出现快速耗散事件。我们调查他们的表征，通过能量与应力下降，并在多个阶段的变形，从而揭示了变化的空间范围的雪崩和程度的应力相关性变形的进展。我们表明，统计的应力和能量下降，只有成为可比的大事件中的稳定流制度。的屈服过渡的临界指数的结果进行了讨论的背景下，以前的研究类似的类型，揭示模型玻璃和制备历史的影响。
2021-05-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Kinetic Monte Carlo-Ising Machine Optimization for Atomistic Inverse Design of Solid Electrolytes
National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；University of Tsukuba（筑波大学）；Kyushu University（九州大学）；The University of Tokyo（东京大学）
提出结合动力学蒙特卡洛（KMC）与基于伊辛机的因子分解机二次优化退火（FMQA）框架，通过并行优化解决组合爆炸问题，在8 mol%氧化钇稳定氧化锆中实现比随机配置高一个数量级的离子电导率。
2026-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic-to-Continuum Multiscale Modeling with Long-Range Electrostatic Interactions in Ionic Solids
本文提出了一种研究含缺陷离子晶体的多尺度原子-连续方法。缺陷通常在离子和电子固体中起着核心作用，不仅限制了可靠性，更重要的是使这些材料具有至关重要的功能。实例包括通过带电点缺陷的运动传导电流的固体电解质，以及通过畴壁缺陷的运动显示多功能性的复合氧化物铁电体。因此，了解缺陷的结构及其对电场和机械场的响应非常重要。然而，一个中心障碍是离子固体中的相互作用包括短程原子相互作用以及长程静电相互作用。现有的原子-连续介质多尺度方法，如准连续介质方法，仅适用于原子间的短程相互作用。此外，量子力学到密度泛函模型的经验简化无法捕捉这些材料中感兴趣的关键现象。为了解决这个问题，我们发展了一种多尺度原子方法来粗粒化含缺陷离子晶体中的长程电相互作用。在这些设置中，电荷密度快速变化，但几乎是周期性的。其关键思想是使用的极化密度场作为多尺度调解人，使有效的粗粒化，利用几乎周期性的变化。在远离缺陷的区域，晶体接近完美，极化场作为代理，使我们能够避免考虑电荷变化的细节。我们结合这种方法为远程静电与标准的准连续体方法为短程相互作用，以实现一个有效的多尺度原子连续方法。
2013-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Enhancing sampling in atomistic simulations of solid state materials for batteries: a focus on olivine NaFePO4
电化学活性物质中离子输运的研究需要在量子、原子和介观尺度上进行模拟。访问这些尺度的方法不仅要有效，而且要兼容，以提供对基本过程的完整描述。我们建议采用广义阴影混合蒙特卡罗（GSHMC）方法的离子嵌入电池电极材料的原子模拟。该方法从未被应用于模拟在固态化学，但它已被成功地用于模拟生物大分子，表现出更好的性能和准确性比可以实现与流行的分子动力学（MD）的方法。它还被扩展到中尺度的模拟，使其对电池材料的模拟更具吸引力。我们将GSHMC与动态核壳模型结合起来，将极化率纳入模拟，并应用新的修正自适应积分方法，MAIA，它允许更大的时间步长，由于其优良的守恒特性。此外，我们修改的GSHMC方法，而不会失去其性能和精度，以减少在动态壳模型中引入壳质量的负面影响。所提出的方法已被测试橄榄石NaFePO4，这是一个有前途的阴极材料的钠离子电池。计算出的钠离子扩散和结构特性进行了比较，与现有的实验数据，并与使用MD和原始GSHMC方法得到的结果。基于这些测试，我们声称，新技术是优于MD和传统的GSHMC，可以推荐用于其他固态电极和电解质材料的研究时，高精度和高效的采样是获得易处理的模拟结果的关键。
2016-12-25 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulation of barocaloric effects
由于严重的环境问题，迫切需要从目前基于压缩温室气体的制冷方法转向新型固态冷却技术。固态冷却利用了材料对外部场的热响应，称为“热效应”。从技术的角度来看，由流体静压驱动的压热量（BC）效应特别有前途，因为其通常比其他热量变体（例如，分别由磁场和电场驱动的磁热和电热效应）。BC效应的原子模拟代表了一种有效的和物理上有洞察力的策略，通过补充甚至在某些情况下指导实验来推进固态冷却。原子模拟的BC效应涉及的方法范围从计算成本低廉的力场计算非常苛刻，但定量准确，第一原理方法。在这里，我们调查了几种方法和策略，如准谐波近似和直接/准直接估计方法的原子模拟BC效应。该评论最后收集的案例研究中，其中一些方法被用来模拟和预测原始BC的影响。
2022-08-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Computing the Absolute Gibbs Free Energy in Atomistic Simulations: Applications to Defects in Solids
吉布斯自由能是基本的热力学势，它是恒压条件下不同物质状态的相对稳定性的基础。然而，从原子尺度的模拟计算这个量远非微不足道。因此，系统的势能常常被用作替代，忽略了熵和非谐效应。在这里，我们讨论了不同的热力学积分路线的组合，以获得绝对吉布斯自由能的固体系统从谐波参考状态。这种方法能够直接比较不同结构的自由能，避免了对它们之间的过渡路径进行采样的需要。我们展示了这个热力学积分方案计算的吉布斯自由能与一个空缺的BCC铁，和内在的堆垛层错自由能的镍。这些例子突出了仅使用最小势能来估计晶体缺陷的自由能的缺陷，在接近熔点的温度下，这将空位自由能高估了60%，将堆垛层错能高估了几乎300%。
2017-10-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of alkali feldspar solid solutions with varying Al-Si order: atomistic simulations using a neural network potential
本研究使用神经势网络势进行原子模拟，计算了碱长石固溶体的热力学混合性质，成功预测了 Al-Si 框架无序度与 Na-K 混合理想性的相关性，并观察到 Na 和 K 的短程有序现象。
2024-07-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.geo-ph
Atomistic modeling of bulk and grain boundary diffusion in solid electrolyte Li$_6$PS$_5$Cl using machine-learning interatomic potentials
针对Li₆PS₅Cl晶界扩散模拟的计算挑战，开发基于质量水平的主动学习方案构建MTPs，研究其两种倾斜和一种扭转晶界的稳定性与扩散系数，发现晶界扩散系数介于有序与无序体相之间且与实验数据匹配。
2024-07-31 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
Emergence of step flow from atomistic scheme of epitaxial growth in 1+1 dimensions
Burton-Cabrera-Frank（BCF）模型的晶体表面上的线缺陷（步骤）的流动提供了有用的见解纳米结构的演变。这个模型建立在现象学的基础上。我们的目标是显示通过缩放参数的BCF理论的出现，从一个随机的原子计划的简化动力学的固体-固体模型在一个空间维度的非相互作用的步骤。我们的主要假设是：吸附原子（adatoms）形成一个稀系统，晶格的弹性效应是缺席。台阶边缘被视为通过概率规则在台阶处原子附着和脱离来传播的前沿。我们正式推导出准静态阶跃流的描述平均出随机方案时，梯田扩散，吸附原子解吸和沉积从上面。
2015-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Step free energies at faceted solid surfaces: Theory and atomistic calculations for steps on the Cu(111) surface
本文提出了一个关于多面晶体表面台阶热力学性质的理论。形式主义导致的步骤多余量的定义，包括一个多余的步骤应力，这是一个步骤的表面应力的模拟。该方法是用来开发的步骤自由能（$γ^\mathrm{st}$）和步骤多余的能量和应力，可以很容易地计算出原子模拟的量的温度依赖性之间的关系。我们证明了这种形式主义的应用程序中的台阶自由能的积分（TI）计算，基于分子动力学模拟，考虑$\left< 110 \right>$步骤上的$\{111\}$表面的经典潜在模型元素铜。在本申请中，我们采用Frenkel-Ladd方法来计算TI计算的$γ^\mathrm{st}$参考值。多余的能量和应力的计算结果显示出相对较弱的温度依赖性的同源温度约为0.6，以上这些数量强烈增加，步骤应力变得更加各向同性。从计算的过量，我们计算从零到熔点（$T_\mathrm{m}$）的温度范围内的$γ^\mathrm{st}$。我们发现，$γ^\mathrm{st}$保持有限的$T_\mathrm{m}$，这表明没有一个粗糙化温度为这个$\{111\}$表面刻面，但从零温度值下降了大约百分之五十。最强的温度依赖性发生以上的同源温度约0.6，其中的步骤变得构型无序，由于形成的点缺陷和明显的毛细管波动。
2017-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic modeling of heat treatment processes for tuning the mechanical properties of disordered solids
利用分子动力学模拟研究了单次热处理循环对金属玻璃势能态和力学性能的影响。我们考虑三维二元混合物，它最初以计算上缓慢的速度在远低于玻璃化转变的温度下从液态冷却到固相。发现加热和冷却的循环可以将玻璃重新定位到复原或松弛状态，这取决于最高温度和加载时间。因此，在最高温度略低于玻璃化转变温度且有效冷却速率慢于初始退火速率的循环之后获得最低势能。相反，当最高温度变得大于玻璃化转变温度并且加载时间足够小时，复原程度增加。结果进一步表明，势能的变化与弹性模量和屈服应力作为最高加载温度的函数的依赖性成反比。此外，热处理过程引起小原子径向分布函数形状的细微变化。这些结果对于优化具有预定性能的金属玻璃的热加工和机械加工具有重要意义。
2019-01-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Gas-like adhesion of two-dimensional materials onto solid surfaces
二维（2D）材料与其他表面的粘附迄今为止被认为是固-固机械接触。在这里，我们进行原子模拟和理论建模，以表明在2D材料在表面上的附着/分离中存在热功和机械功之间的能量可逆转换，这表明2D材料粘附从根本上说像气体吸附而不是固体粘附。我们揭示了这种有趣的气体般的粘附二维材料的基本机制是它们的独立和粘附状态之间的熵差。无论是理论模型还是原子模拟都表明，粘附诱导熵差随粘附能的增大和平衡结合距离的减小而增大。目前的研究结果提供了一个基本的指导，了解二维材料的粘附，这是很重要的二维材料为基础的设备设计，并可能有纳米级的有效的能量转换的一般影响。
2015-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Enabling Domain-Specific Atomistic Models: A Machine Learning Potential for the Solid Acid Family
Technische Universität Ilmenau（伊尔梅瑙工业大学）
本研究提出一个针对固态酸家族的通用机器学习势，基于440万构型数据库，超越通用模型，恢复输运性质，并引入紧凑变体支持大规模模拟。
2026-10-01 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Trends in atomistic simulation software usage
在科学研究前所未有的计算能力的推动下，计算机在固态物理、化学和材料科学中的应用不断增加。这篇评论的重点是在原子尺度上的物质的模拟所使用的软件。我们提供了该领域主要代码的全面概述，并分析了自2010年以来学术文献中对这些代码的引用是如何演变的。基本数据集的交互式版本可在https://atomistic.software上查阅。
2021-08-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Atomistic insights into solid solution strengthening: size misfit versus stiffness misfit
该研究通过计算炼金术和分子动力学模拟，系统探究原子尺寸失配与弹性刚度失配对固溶强化的影响，发现刚度失配贡献不亚于尺寸失配，且二者组合可产生协同或拮抗效应，为SSS理论发展提供试验场。
2025-02-27 cond-mat.mtrl-sci
A Multiscale Approach for Modeling Crystalline Solids
在本文中，我们提出了一个建模方法，桥梁的原子尺度与宏观尺度的晶体材料。该方法结合了识别和建模的控制单元过程在微观层面上的基本材料性能的直接原子测定。这些性质是使用从头计算量子力学计算得出的多体力场计算的。用这种方法描述了高纯钽单晶的力学响应，包括温度和应变速率对硬化速率的影响。由此产生的原子信息模型被发现捕捉这些晶体的行为的显着特征，如：初始屈服点对温度和应变速率的依赖性，存在一个显着的阶段I的容易滑动，特别是在低温和高应变速率;第二阶段硬化的突然发生及其向低应变方向转变的趋势，并最终消失，随着温度的升高或应变速率的降低，在低应变速率或高温下的抛物线型第二阶段硬化，在高应变速率或低温下的第二阶段软化，在高应变下的饱和趋势，饱和应力的温度和应变速率依赖性，以及硬化速率的取向依赖性。
2001-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Computer simulations of structural and hopping conduction properties of disordered solids
1.导言2.无定形碳结构的分子动力学模拟3.金刚石CVD中BEN阶段轰击过程的原子模拟4.非晶硅的生长5.无序有机固体中的一维跳跃
2002-01-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of ductile failure in a b.c.c. high entropy alloy
研究了含孔洞的体心立方结构HfNbTaZr高熵合金（HEA）的韧性断裂。利用分子动力学模拟，研究了孔洞半径对材料弹性模量和屈服应力的影响。弹性模量与闭孔泡沫中的孔隙率成比例。位错成核的临界应力作为一个功能的空隙半径是非常好的描述后，纯体心立方金属设计的模型，考虑到一个更大的核心半径的HEA。孪晶作为一种互补的变形机制而发生，在大应变时发生一些去孪晶。未发现固-固相变。元素尺寸失配和塑性的共同作用导致了显著的晶格无序。通过将我们的HEA结果与纯钽模拟进行比较，我们表明位错成核的临界应力和由此产生的位错密度远低于纯钽，正如由于化学复杂性而导致的较低能量势垒所预期的那样
2022-07-30 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
Structure identification methods for atomistic simulations of crystalline materials
我们讨论了现有的和新的计算分析技术来分类当地的原子安排在大规模的原子计算机模拟结晶固体。本文对常用的键分析算法，如公共邻分析法、中心对称分析法、键角分析法、键序分析法和Voronoi分析法进行了性能比较。此外，我们提出了一个简单的扩展的公共邻居分析方法，使其适用于多相系统。最后，我们介绍了一种新的结构识别算法，邻居距离分析，这是专为识别原子结构单元在晶界。
2012-06-12 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Automated free energy calculation from atomistic simulations
我们设计了计算亥姆霍兹和吉布斯自由能及其温度和压力依赖性的自动化工作流程，并提供相应的计算工具。我们采用非平衡热力学评估在给定温度下的固相和液相的自由能和可逆标度计算自由能在很宽的温度范围内，包括直接集成的$P$ - $T$共存线。通过改变化学性质和原子间相互作用势，炼金术和放大自由能计算成为可能。几个例子说明了我们的实现的准确性和效率。
2021-07-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
A Methodology to Generate Crystal-based Molecular Structures for Atomistic Simulations
提出一种系统方法构建基于晶体的分子结构（如晶体slabs和Wulff结构），并集成至开源代码LCC中，为计算化学研究提供输入支持。
2022-10-11 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
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
Materials Learning Algorithms (MALA): Scalable Machine Learning for Electronic Structure Calculations in Large-Scale Atomistic Simulations
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心）；Center for Advanced Systems Understanding（先进系统理解中心）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
该研究提出材料学习算法（MALA）软件包，通过可扩展机器学习框架加速DFT计算，集成数据采样、训练与推理，兼容标准代码，能高效预测电子可观测量，适用于复杂材料系统的大规模原子模拟。
2024-11-29 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Large-scale multiscale modeling of phase transformation in nanocrystalline materials: Atomistic and Phase-Field methods
本研究将原子分子动力学模拟与介观相场计算方法相结合，以研究多晶铝微结构中的相变。事实上，工程材料的微观结构计算建模可以帮助优化其工业应用的机械性能（例如涡轮叶片的定向凝固）。因此，多尺度建模方法的开发，以找到制造变量（如温度）和晶体材料的微观结构特性（如晶粒尺寸）之间的关系，这可以用来开发一个先进的制造工艺的敏感应用。结果表明，晶粒生长的原子模型可以作为研究相变动力学的第一性原理方法，更准确地描述多晶材料的形貌。另一方面，相场介观方法需要较少的计算工作量，但仍然依赖于半经验数据来捕捉准确的相变制度，这使得这种方法适合于快速检查新的制造条件以及其对多晶材料的微观结构性能的影响。
2019-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Machine learning interatomic potentials for solid-state precipitation
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）；National Centre for Computational Design and Discovery of Novel Materials (MARVEL), École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院国家新材料计算设计与发现中心）
本文提出了一种用于建模多组分合金共析反应的机器学习互原子势参数化方法，通过误差度量和数据生成方案提升了模型的准确性，并揭示了时效热处理中晶格结构的连续转变。
2026-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Investigating shock wave propagation, evolution, and anisotropy using a moving window concurrent atomistic-continuum framework
尽管它们在材料的微尺度建模方面取得了成功，但原子方法仍然受到短时间尺度、小畴尺寸和高应变率的限制。多尺度公式可以在较长的运行时间内捕获固体的连续级响应，但使用这种方案来模拟高度动态的非线性现象是非常具有挑战性的，也是一个活跃的研究领域。在这项工作中，我们开发了新的技术并发原子连续多尺度框架内模拟冲击波传播通过二维，单晶晶格。该技术进行了详细描述，并将两个移动窗口的方法来跟踪通过域的冲击波阵面，从而防止杂波反射在原子连续界面。我们比较我们的模拟结果的分析模型，以及以前的原子和CAC的数据，并讨论了FCC晶体的冲击响应的晶格取向的明显影响。然后，我们使用移动窗口技术进行参数研究，分析冲击波阵面的结构和平面性。最后，我们比较了我们的模型的效率分子动力学模拟。这项工作展示了使用移动窗口并发多尺度框架来模拟动态冲击演化的能力，并为涉及冲击通过复合材料和高熵合金传播的更复杂的研究打开了大门。
2022-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Simulations Reveal the Need to Reassess Standard Thermodynamic Models of Coherent Precipitates
本研究通过Fe-Cr体系原子模拟发现，共格析出相热力学建模中常用的低错配忽略弹性、低过饱和忽略尺寸的假设不成立，需重新审视现有固态析出建模方法。
2025-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Potentials for Palladium-Silver Hydrides
通过扩展已有的钯-氢势，发展了新的钯-银-氢三元体系的EAM势。三元电位准确地捕获与钯-银固溶体合金相关的混合热和结构性质。稳定的混合物具有在组成之间平滑过渡的性质。预计向钯中添加银会通过减小混溶性间隙并增加氢原子占据四面体间隙位点而不是八面体间隙位点的可能性来改变氢化物的性质。
2013-12-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.comp-ph
Contact of Single Asperities with Varying Adhesion: Comparing Continuum Mechanics to Atomistic Simulations
采用原子模拟的方法对纳米尺度下的连续介质接触力学方程进行了验证。通过弯曲晶体或切割晶体或非晶态固体制成的名义上的球形尖端被压入平坦的弹性基底中。法向位移，接触半径，应力分布，摩擦和横向刚度作为一个功能的负载和粘附检查。原子尺度的粗糙度上存在的任何尖端离散原子的结果有深远的影响。接触面积、局部应力和粘附功以2到4倍的系数变化，摩擦力和侧向刚度以数量级变化。对造成这些变化的微观因素进行了讨论。结果也被用来测试方法，分析实验数据与连续介质理论，以确定信息，如接触面积，不能直接测量在纳米级接触。即使数据看起来符合连续统理论，提取的量也可能与其真实值有很大差异。
2006-06-22 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
The continuum elastic and atomistic viewpoints on the formation volume and strain energy of a point defect
我们讨论了连续介质线弹性和原子论计算在确定晶体中点缺陷形成体积和应变能方面的作用。我们的考虑与应力下缺陷的形成特别有关.弹性处理是基于各向异性固体中收缩或膨胀中心的格林函数解。它使得有可能的形成体积张量的精确定义，并导致Eshelby的结果的扩展所做的工作由外部应力在转换的连续包体（Proc.罗伊。Soc. Lond. A，241（1226）376，1957）。通过与远场原子解的比较，得到了点缺陷周围弹性场完整连续计算所需的参数。然而，弹性结果使得可以测试在各种边界条件下经由原子计算获得的地层体积的有效性。它还产生在这些边界条件下计算的地层体积的校正项。使用两种类型的边界条件，通常采用原子计算，比较也由连续弹性和原子计算预测的应变能的形成。通过与原子理论计算的小晶体的形成体积和应变能的比较，揭示了连续线弹性处理的局限性。
2005-08-05 cond-mat.mtrl-sci
An atomistic model of electronic polarizability for calculation of Raman scattering from large-scale MD simulations
本文提出一种仅含少量可调参数的电子极化率原子模型，可高效模拟百万原子级体系的拉曼光谱，并在CO2、水团簇和钙钛矿体系中验证了其准确性，为用大规模MD模拟研究电子结构相关性质开辟了新途径。
2023-04-15 cond-mat.mtrl-sci
High-Density Polyethylene Degradation into Low Molecular Weight Gases at 1823 K: An Atomistic Simulation
采用分子动力学模拟对高密度聚乙烯（HDPE）在300 ~ 1823 K温度范围内的挥发热降解过程进行了研究。我们发现，在高于$\sim$ 1373 K的温度下降解产生大量的还原气体，如CH $_{\text{n}}$和氢分子，这对炼钢工业是有益的。我们的研究结果提供了一个新的理解HDPE的相变从固体到气体发生在过热过程中在炼钢的电弧炉环境提供了一种新的方法，消除寿命结束的HDPE从垃圾填埋场。
2022-04-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
General method for atomistic spin-lattice dynamics with first principles accuracy
我们提出了一个计算效率高的一般第一性原理为基础的方法自旋晶格模拟固体。我们的方法是基于原子自旋动力学和分子动力学的组合，表示通过自旋晶格哈密顿量的双线性磁项扩展到二阶位移，和所有参数使用密度泛函理论计算。作为一个例子，一阶自旋-晶格耦合对体心立方铁中的磁振子和声子色散的影响被报道，并被认为是在良好的协议与以前的模拟与经验势的方法进行。此外，我们还说明了我们的方法的能力，在一个更概念化的水平上，通过探索耗散自由自旋和晶格运动的小磁团簇（二聚体，三聚体和四聚体）。我们的方法打开了大门，定量描述和理解的微观起源的许多基本现象的当代利益，如超快退磁，磁热，和spincaloritronics。
2018-07-09 cond-mat.mtrl-sci
An atomistic investigation of the interaction of dislocations with Guinier-Preston zones in Al-Cu alloys
用原子模拟方法研究了Al-Cu合金中刃型位错与Guinier-Preston区的相互作用。用分子静力学、分子动力学和轻推弹性带方法计算了不同的热力学函数，这些函数决定了位错滑移的障碍物的特征。结果发现，Guinier-Preston区被位错剪切，并且位错克服沉淀物的速率由激活能$ΔU$控制，与谐波过渡态理论的假设一致。此外，熵对亥姆霍兹活化自由能的贡献在1.3-1.8 $k_b$的范围内，这可以与固体的典型振动熵相关联。最后，作为温度的函数的初始剪切流应力的估计进行了从由原子模拟提供的热力学数据。与实验结果的比较表明，随机的沉淀分布和位错的字符和位错/沉淀取向的影响，必须考虑到在模拟中，以更好地再现实验。
2018-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Seamlessly joining length scales: From atomistic thermal graphs to anisotropic continuum conductivity
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Ohio University（俄亥俄大学）
本文提出SCACS工具包，通过原子级热导率分解构建有限元模型，实现从原子到连续尺度的无缝连接，捕捉各向异性导热特性并保持热力学一致性。
2026-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Multiscale modeling of plastic deformation of molybdenum and tungsten: II. Yield criterion for single crystals based on atomistic studies of glide of 1/2<111> screw dislocations
基于第一部分中提出的原子论研究，我们开发了单晶的分析屈服准则，该准则捕获了位错滑移所需的剪切应力（Peierls应力）上的剪应力而不是Schmid应力（非滑移应力）的影响。这些屈服准则表征了非关联塑性流动，其起源于1/2<111>螺旋位错对施加的应力张量的复杂响应。采用这些标准，我们确定的操作滑动系统的拉伸/压缩载荷沿不同的轴在标准的赤平三角形，并确定随后的拉压不对称。这一结果是在一个很好的定性协议与现有的实验数据。此外，使用构建的屈服准则内的泰勒均匀化过程中，我们表明，与非平面的螺旋位错的核心持续在随机多晶体的影响。这影响显着的关键现象，如剪切局部化，这是通过分析韧性塑性固体中的空穴证明。
2008-07-16 cond-mat.mtrl-sci
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 defect states as quantum emitters in monolayer MoS$_2$
固态系统中的量子光源作为集成量子器件技术的基本成分而受到极大关注。通过确定性缺陷工程来定制量子发射的能力对于实现可扩展的量子架构越来越重要。然而，一个主要的困难是，缺陷需要定位在固体内的位置选择性。在这里，我们克服了这一挑战，可控照射单层MoS $_{2}$使用亚纳米聚焦氦离子束，以确定性地创建缺陷。随后用高质量hBN封装离子轰击的MoS $_{2}$薄片，显示出光谱窄的发射线，这些发射线在MoS $_{2}$的中性2D激子以下一到两百meV的能量窗口中产生光学波长的光子。基于从头计算，我们解释这些发射线源于重组的高度本地化的电子-空穴复合物在缺陷态产生的氦离子轰击。我们的方法，确定性地写在一个单一的过渡金属dichalcogenide层的光学活性缺陷态提供了一个平台，实现异国情调的多体系统，包括耦合单光子源和异国情调的哈伯德系统。
2019-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optimization and Validation of a Deep Learning CuZr Atomistic Potential: Robust Applications for Crystalline and Amorphous Phases with near-DFT Accuracy
我们表明，基于密度泛函理论（DFT）计算的深度学习神经网络势（DP）可以很好地描述Cu-Zr材料，这是一个二元合金系统的例子，可以共存于几种有序的金属间化合物中，并作为非晶相。Cu-Zr的复杂相图使其成为传统原子力场的挑战系统，无法很好地描述不同的性质和相。相反，我们表明，DP的方法，使用一个大型数据库与~ 300 k配置可以呈现结果一般与DFT。训练集包括原始和散装的基本金属和金属间化合物的配置，在液相和固相除了板和非晶配置。DP模型进行了验证，通过比较体性质，如晶格常数，弹性常数，体模量，声子谱，表面能DFT值相同的结构。此外，我们对比DP的结果与使用公认的两个嵌入式原子方法的潜力得到的值。总的来说，我们的DP潜力提供了近DFT的精度为不同的Cu-Zr相，但其计算成本的一小部分，从而使精确计算的现实原子模型，特别是非晶相。
2020-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Autonomous Pathfinder using Deep Reinforcement Learning
本文提出基于深度强化学习的MAP框架，通过DQN与分布式优先回放自动发现非晶材料中的低能扩散路径，并结合NEB和过渡态理论估算扩散时间。
2023-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Realistic atomistic structure of amorphous silicon from machine-learning-driven molecular dynamics
非晶硅（a-Si）是一种被广泛研究的非晶体材料，但其原子结构的细微细节仍然不清楚。在这里，我们表明，a-Si的准确结构模型可以通过利用机器学习算法的力量来创建原子间势来获得。我们最好的a-Si网络是通过在分子动力学模拟中以10 $^{11}$ K/s的速率（即在10 ns的时间尺度上）从熔体冷却获得的。该结构示出了低于2%的缺陷浓度，并且与关于过量能量、衍射数据以及$^{29}$ Si固态NMR化学位移的实验一致。我们表明，这种质量水平是不可能实现更快的淬火模拟。然后，我们生成了一个4,096个原子的系统，该系统正确地再现了结构因子中第一个尖锐衍射峰（FSDP）的大小，与迄今为止的实验结果最接近。我们的研究证明了机器学习原子间相互作用势对阐明非晶功能材料的准确结构和性质的更广泛影响。
2018-03-07 cond-mat.mtrl-sci
An Adaptive Finite Element Approach to Atomic-Scale Mechanics - The Quasicontinuum Method
混合原子和连续介质方法提供了在更大的长度尺度和更长的时间比直接原子计算进行模拟的材料性能的可能性。准连续方法通过有限元方法的装置将原子模型和连续模型联系起来，有限元方法允许减少原子自由度的全部集合。本文给出了一个完整的描述准连续体方法，特别是参考的方式，该方法可用于模拟晶体与一个以上的单一颗粒。通过对晶界结构和能量的一系列计算，验证了该公式的有效性。然后，该方法被示出在一个步骤的孪晶界的运动，其中的边界运动的临界应力被计算和纳米压痕到一个固体包含一个次表面的晶界，以研究位错与晶界的相互作用。
1997-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Challenges in the Theory and Atomistic Simulation of Metal Electrodeposition
本综述总结了模拟表面电沉积和电化学生长的最先进计算技术，指出实际应用、动力学理论与原子模拟间仍存在差距，并探讨了尚存的开放挑战。
2025-05-30 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Collective dynamics in atomistic models with coupled translational and spin degrees of freedom
使用一个原子模型，同时对待平移和自旋自由度的动力学，我们进行了分子和自旋动力学模拟相结合的声子和磁振子各自的频谱和寿命在铁磁性体心立方铁的相互影响。通过计算空间位移和时间位移的关联函数的傅立叶变换，确定了振动和磁激发模式的特征频率和线宽。与独立的分子动力学和自旋动力学模拟的结果的比较表明，声子和磁振子之间的动态相互作用导致在各自的频谱和寿命的减少移动。此外，在晶格振动的存在下，观察到额外的纵向磁激发具有与纵向声子相同的频率。
2017-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Depinning transition for a screw dislocation in a model solid solution
在经典位错理论的基础上，固溶硬化（SSH）通常被归结为刃型位错的钉扎。在原子水平上，位错核心的理论研究与这样的预测相反。采用静态分子模拟方法，在一定的原子间有效势作用下，数值计算了Ni（Al）单晶中螺位错的临界分辨剪应力与刃位错的临界分辨剪应力具有相同的量级.这样的结果是由位错堆垛层错的细节和核心分解成肖克利偏分造成的。利用SSH统计理论对不同Al浓度下的原子模拟数据进行了初步的解析预测。
2008-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Coupled reaction and diffusion governing interface evolution in solid-state batteries
Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学约翰·A·保罗森工程与应用科学学院）；Robert Bosch LLC Research and Technology Center（罗伯特·博世有限公司研究与技术中心）
该研究借助主动学习与深度等变神经网络势开展量子精度的大规模反应模拟，结合无监督分类揭示了固态电池SEI中新的晶态无序相，阐明了锂蠕变机制，为理解固态电化学界面原子动力学提供了无实验拟合参数的第一性原理数字孪生方法。
2026-10-05 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.chem-ph
Learning Local Equivariant Representations for Large-Scale Atomistic Dynamics
Harvard University（哈佛大学）；Robert Bosch LLC Research and Technology Center（罗伯特·博世有限责任公司研究与技术中心）
同时精确和计算效率高的分子和材料的能量和原子力的参数化是自然科学的长期目标。为了实现这一目标，神经消息传递通过沿着原子图迭代传递消息来描述原子的多体相关性，从而导致了范式转变。然而，这种信息的传播使得并行计算变得困难，并且限制了可以研究的长度尺度。另一方面，严格的基于局部的方法可以扩展到大型系统，但目前无法与消息传递方法所观察到的高精度相匹配。这项工作引入了Allegro，这是一种严格的局部等变深度学习原子间势，同时具有出色的并行计算精度和可扩展性。Allegro使用一系列学习的等变表示的张量积来学习原子坐标的多体函数，但不依赖于消息传递。Allegro在QM 9和修订的MD-17数据集上获得了最先进方法的改进。在QM 9基准测试中，单个张量积层的性能优于现有的深度消息传递神经网络和Transformers。此外，Allegro显示出显着的泛化分布外的数据。基于Allegro的分子动力学模拟与第一性原理计算非常一致地恢复了无定形磷酸盐电解质的结构和动力学性质。最后，我们展示了并行缩放的Allegro与1亿个原子的动力学模拟。
2022-04-11 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.chem-ph
