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
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
Molecular static simulation of edge dislocation core in bcc iron
用改进的分子静力学方法模拟了体心立方铁中的位错芯结构。这种方法的一个特点是应用迭代过程，其中的原子结构在附近的缺陷和常数，确定沉浸在弹性连续体中的原子的位移计算在一个自洽的方式。按照上述方法，我们开发了一个模型，用于计算刃型位错的原子结构，考虑到周围的主要计算单元的弹性介质的各向异性。考虑到各向异性引入一个明确的角度依赖性的位错所产生的弹性场的参数：伯格斯矢量和泊松比的大小。对Burgers矢量沿[100]方向的劈裂位错进行了模拟。文中给出了迭代算法的收敛性，并考虑了计算单元大小对结果的影响。计算结果为：体心立方铁中位错的原子结构、描述离位错线大距离处的弹性位错场的参数的角度依赖性以及整个模拟区域中的应变张量分量。
2020-10-07 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
Influence of twist boundary on deformation behaviour of <100> BCC Fe nanowires
分子动力学模拟结果表明，具有扭曲边界和不具有扭曲边界的$<$ 100 $>$ BCC Fe纳米线的变形行为存在显著差异。在理想的$<$ 100 $>$ BCC Fe纳米线中的塑性形变主要由孪晶和重取向到$<$ 110 $>$，然后通过滑移模式进一步变形。相反，具有扭曲边界的$<$ 100 $>$ BCC Fe纳米线在低塑性应变下通过滑移变形，然后在高应变下孪生，并且没有完全的再取向。结果表明，在存在初始位错或位错网络的情况下，$<$ 100 $>$ BCC Fe纳米线的位错滑移变形优于孪晶变形。结果还解释了在本体材料中没有广泛的孪生，这本身就包含大量的位错。
2016-11-28 cond-mat.mtrl-sci
The effect of Hydrogen atom on the Screw Dislocation Mobility in BCC Iron: A First-Principles Study
利用第一性原理计算研究了氢对体心立方（bcc）铁中螺位错运动的影响，结果表明，在一定的温度范围内，螺位错运动速度会增加.通过对有限尺寸效应的仔细估计，计算了不同氢位置和位错组态下螺位错与氢原子的相互作用能，并估算了氢原子与稳定螺位错组态的最强结合能为$256\pm32$ meV.这些结果被纳入一个线张力模型的弯曲位错线阐明氢的位错迁移过程中的效果。氢的软化和硬化效应，所造成的扭结形核焓和扭结捕获，分别进行了评估。预测了在较低的临界温度下软化和硬化行为之间的明显转变，这与实验观察定性一致。
2013-08-16 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Study on the Mobility of Screw Dislocations in BCC Iron
用第一性原理方法计算了体心立方铁中螺型位错的全二维Peierls势垒图，确定了位错核的迁移路径。提出了一种有效的方法来修正第一性原理方法中有限尺寸单元对晶格缺陷能量的影响，以确定准确的势垒分布。我们发现，迁移路径接近于一条直线，它被限制在一个$\{110\}$平面和Peierls势垒轮廓是单峰。利用线张力模型，结合这些第一性原理计算结果，预测了体心立方铁的扭折激活能为0.73 eV，与实验结果相符。
2012-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Discrete dislocation plasticity HELPs understand hydrogen effects in bcc materials
在试图弥合原子和连续塑性模拟铁中的氢之间的差距，我们提出了三维离散位错塑性模拟结合氢的弹性应力和氢依赖的位错迁移率法。根据Gu和El-Awady（2018）推导的公式，结合氢致应力，在这里我们通过叠加原理将其扩展到有限边界值问题，即微悬臂梁。氢相关迁移率定律基于Katzarov等人（2017）的第一原理计算，并发现在体相氢浓度为0.1 appm时促进位错生成并增强滑移平面性;这对于bcc材料是典型的。氢弹性应力产生相同的行为，但只有当体积浓度非常高。在微悬臂梁，氢被发现，以促进位错活动，降低流动应力，并产生更明显的滑移台阶上的自由表面。这些观察结果是一致的氢增强局部塑性（HELP）机制，它的结论是，氢的弹性应力和氢增加位错的流动性是可行的解释HELP。然而，在体心立方金属中通常发现的低浓度下，后者占主导地位。
2018-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation Transmission Across Tilt Low-Angle Grain Boundaries in BCC Fe: The Role of Elastic Interactions
本研究通过分子动力学模拟发现弹性相互作用是体心立方铁中小角度晶界阻碍位错透射的主导因素，建立的解析模型可定量预测位错透射应力，为晶界强化材料设计提供依据。
2025-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Electronic origin of solute effects on the mobility of screw dislocation in bcc molybdenum
该研究利用第一性原理计算和螺位错偶极子模型，揭示不同溶质原子对 bcc 钼中螺位错形成能、运动应力及位错芯吸引或排斥作用的电子起源。
2024-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Fcc -> bcc phase transition kinetics in an immiscible binary system: atomistic evidence of the twinning mechanism of transformation
基于准粒子（QA）方法进行了广泛的原子模拟，以确定在一个二元系统中的位移fcc/bcc相变的重要方面。我们表明，QA是能够预测的fcc/bcc相变的主要结构特征，包括在fcc矩阵的bcc核的生长，并最终形成的内部孪生结构组成的两个变种与Kurdjumov-Sachs取向关系。在原子水平上，我们确定了孪晶界面和面心立方/体心立方界面的缺陷结构，并确定了其传播的主要机制。结果表明，孪晶界是通过fcc中螺旋位错沿α方向的扩展而扩展<-1-11>的，而fcc中螺旋位错沿共格台阶边缘的扩展是fcc/bcc转变的关键矢量。将模拟结果与我们在Cu-Fe-Co系统中观察到的富Fe bcc孪晶颗粒镶嵌在fcc富Cu基体中的TEM和HRTEM结果进行了比较。
2021-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Mobility of screw dislocation in BCC tungsten at high temperature in presence of carbon
利用透射电子显微镜（TEM）原位应变实验和从头算研究了高温下钨中螺位错与碳原子的相互作用。当温度高到足以激活碳扩散时，在1373 K以上，碳在螺旋位错的核心中偏析并改变它们的流动性，即使碳浓度低至1 appm。TEM观察揭示了在这些高温下的Peierls机制的再现，螺旋位错通过扭结对的成核和传播粘性滑动。然后用从头计算方法研究了碳原子饱和螺位错的迁移率，以确定扭结对的形成、成核和迁移能。这些能量用于动力学蒙特卡罗模拟和分析模型中，以获得作为温度、施加的应力和位错长度的函数的螺旋位错的速度。所得到的迁移率定律参数从头计算与实验比较。
2021-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Calculation of dislocation positions and curved transition pathways in BCC crystals from atomic displacements
晶体中位错滑移的热力学描述主要取决于位错在晶格中移动时必须克服的Peierls势垒的形状。虽然可以使用鞍点搜索算法（如Nudged Elastic Band（NEB）方法）明确获得该势垒的高度，但其确切形状取决于系统过渡路径的所选近似。本文的目的是制定一个程序，允许识别的位错的位置直接从原子的位移在其核心。我们研究这个模型的性能，通过计算曲线路径的1/2[111]螺旋位错在钨最近获得的一系列图像使用NEB方法在零施加应力和垂直于滑移方向的正/负剪应力。沿着这些弯曲的路径绘制的Peierls障碍被证明是相当不同的，从那些先前通过假设直位错路径。
2014-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Screw dislocation-carbon interaction in BCC tungsten: an ab initio study
用从头计算方法研究了钨中碳与螺位错的相互作用。碳原子在位错附近的存在下诱导重建，位错松弛到一种配置，硬核结构，这在纯钨中是不稳定的。重建对应于碳在位错所产生的棱柱形位点中的强结合，这对于位错线上分离的高浓度碳是完美的。然而，重建只是部分较低的原子分数，与位错往往回落到其易核心基态。这种位错在不稳定位置被碳原子钉扎的现象可用一个简单的线张力模型来描述。一个强大的碳位错的吸引力也证明在较大的分离距离，当溶质是在第四个最近的邻居八面体网站的重建核心。碳在这些不同的偏析网站的平衡浓度建模与伊辛模型，并使用平均场近似。这个热力学模型证明，螺旋位错保持完全饱和的碳原子和钉扎在他们的硬核配置高达约2500 K。
2021-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Compressive deformation of Fe nanopillar : Modalities of dislocation dynamics
与拉伸模式不同，体心立方金属纳米结构的压缩变形是由螺旋位错的滑移介导的。虽然体心立方螺旋位错具有不寻常的属性，但这些独特的效应如何在纳米级固体中表现出来仍不清楚。在本研究中，原子模拟呈现在体心立方铁纳米柱的压缩变形的位错活动的密切关注。结果发现，而不是执行简单的滑移运动，线缺陷表现出一系列复杂的功能。在这方面，观察到温度对位错机制具有显著影响，因此对材料的整体塑性响应具有显著影响。此外，已探索的负荷-应变数据的统计特征。
2016-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Solute strengthening and softening from screw dislocation in BCC tantalum: A first-principles study
本研究利用第一性原理计算揭示BCC钽中螺位错与溶质原子的作用机制，识别Hf、Zr的软化及Mo、W、Ir的强化效应，并以相互作用能和电子功函数加以解释。
2024-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Kinetics of segregation formation in elastic field of edge dislocation in bcc iron
本文用计算机模拟方法研究了位错弹性场中杂质原子再分布的动力学。一部作品由几个阶段组成。第一种是用改进的分子静力学方法模拟了Burgers矢量沿[100]方向的位错核结构。第二个是获得的系数，确定的扩散系数矩阵的对角元素的应变张量的分量的影响，并在bcc铁中的碳原子通量的方程。第三阶段是用分子动力学方法模拟无缺陷晶体中碳原子的扩散特性。第四和最后阶段使用我们在第一阶段获得的关于原子结构的数据，以及在第二和第三阶段中计算的特征，是间隙原子偏析形成的模拟，其基于求解考虑位错产生的弹性形变的扩散方程。复杂的开发模型被用来分析偏析形成的动力学。3D图显示了在一定温度下不同时间内位错附近间隙原子的分布。
2020-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Temperature-activated dislocation avalanches signaling brittle-to-ductile transition in BCC micropillars
School of Mechanics & Engineering Science, Shanghai University（上海大学力学与工程科学学院）；Department of Mechanical & Aerospace Engineering, University of Miami（迈阿密大学机械与航空航天工程系）；School of Physics, Sun Yat-sen University（中山大学物理学院）；Department of Mechanical & Aerospace Engineering, University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校机械与航空航天工程系）
研究通过原位压缩实验和三维位错动力学模拟，揭示了BCC金属在高温下由脆性向韧性转变的机制，发现高温下应力波动表现出自组织临界性。
2026-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Assessment of interatomic potentials for atomistic analysis of static and dynamic properties of screw dislocations in W
体心立方金属中的螺型位错在零温下表现出非平面的核心，这导致高的晶格摩擦和热激活应变速率行为。在体心立方W，电子结构分子静力学计算揭示了一个紧凑的，非简并的核心与相关的Peierls应力在1.7和2.8 GPa之间。然而，位错的动力学行为的全貌只能通过使用更有效的原子模拟的基础上半经验的原子间势。在本文中，我们评估了五种不同的电位在纯钨中螺旋位错的静态性质方面的适用性。同时，我们利用这五种势函数对应力辅助滑移进行了分子动力学模拟，研究了剪切应力下螺位错的动力学行为。位错被认为是显示热激活的运动在大部分的施加的应力范围内，在高应力下的粘性阻尼制度的逐渐过渡。我们发现，一个潜在的预测从紧凑的核心转变到解离在有限的温度下，影响扭结对生产的能量学和影响的运动机制。我们的结论是，一个修改后的嵌入原子的潜力实现了最好的妥协，静态和动态的螺旋位错属性，虽然在约10倍的费用相比，中央电位。
2012-12-21 cond-mat.mes-hall 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
Atomistic simulations on ductile-brittle transition in <111> BCC Fe nanowires
通过分子动力学模拟研究了温度对$<$ 111 $>$ BCC Fe纳米线拉伸变形和断裂行为的影响。模拟已进行了在不同的温度范围内10-1000 K采用恒定的应变速率的$1\times$ $10^8$ $s^{-1}$。结果表明，在低温下（10-375 K），纳米线屈服通过一个尖锐的裂纹的成核和脆性的方式失败。另一方面，在450-1000 K范围内的高温下，观察到屈服时多个1/2 $<$ 111 $>$位错的成核，随后是导致延性破坏的显著塑性形变。在400 K的中间温度下，纳米线通过与裂纹尖端处的许多移动的1/2 $<$ 111 $>$和固定的$<$ 100 $>$位错相关联的裂纹成核而屈服，并且以延性方式失效。在$<$ 111 $>$ BCC Fe纳米线中观察到的延性-脆性转变适当地反映在失效时的应力-应变行为和塑性应变中。随着纳米线尺寸的增加，韧脆转变增加。断裂行为的变化已被讨论的屈服和断裂应力的相对变化和相对于温度的滑移行为的变化。此外，位错增殖机制的扭结形核从纳米线表面观察到在高温下已被提交。
2017-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen segregation around a straight screw dislocation in bcc iron
Laboratoire des Sciences de l’Ingénieur pour l’Environnement (LaSIE) - UMR CNRS 7356（环境工程科学实验室）；Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux (LSPM) - UPR 3407（工艺与材料科学实验室）
通过神经网络势分子模拟和热力学框架，量化了bcc铁中螺位错核心结构、位点类型和浓度对氢结合能的影响，揭示了易核心构型在解释实验氢溶解度极限中的关键作用。
2026-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio modeling of the energy landscape for screw dislocations in body-centered cubic high-entropy alloys
在传统的体心立方（bcc）金属中，螺旋位错的核心性质在低温下的塑性形变中起着关键作用。近年来，具有体心立方晶体结构的难熔高熵合金（RHEAs）受到了广泛关注。然而，与面心立方高熵合金（HEAs），有少得多的调查bcc HEAs，特别是在这些多主元素合金中的化学短程有序（SRO）对位错迁移率的可能影响。本文利用密度泛函理论研究了MoNbTaW RHEAs合金中位错核的分布特性，以及SRO对位错核特性的影响。发现RHEA的芯能平均值大于相应的纯组分bcc金属的芯能平均值，并且对SRO的程度相对不敏感。然而，SRO的存在被证明有很大的影响，缩小的位错芯能量的分布和减少的空间异质性的位错芯能量在RHEA。有人认为，HEAs的机械行为的后果是在能量景观的位错，这可能会不均匀地抑制他们的运动的变化。
2020-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of dislocation/precipitation interactions in Mg-Al alloys and implications for precipitation hardening
采用原子模拟方法研究了Mg-Al合金中$< a>$位错与析出相的相互作用及其强化机制。
2018-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Predicting dislocation climb: Classical modeling versus atomistic simulations
基于空位扩散的连续描述的位错攀移的经典建模与最近空位过饱和下体心立方铁中位错攀移的原子模拟进行比较[Phys. Rev. Lett. 105 095501（2010）]。一个定量的协议，显示的经典方法来描述位错攀移的能力。然后，分析模型被用来外推位错攀移速度较低的位错密度，在相应的实验范围内。这使得测试的有效性的纯爬升蠕变模型提出的卡比尔等人。105 095501（2010）]。
2011-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic modelling of all dislocations and twins in HCP and BCC Ti
本研究使用Deep Potential和DFT确定了HCP和BCC Ti中所有位错核心与孪晶界面的性质，揭示了不同位错的滑移、稳定性与不可动特征，为Ti的塑性变形提供了完整自洽的图景。
2022-11-25 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
Atomistic modeling of the structure and diffusion processes at Al(110)/Si(001) interphase boundaries obtained by vapor deposition
本文通过分子动力学模拟研究了Al(110)/Si(001)相界的原子结构与扩散行为，发现错配位错主导界面短路扩散并导致显著各向异性，且扩散速率高于Al(111)/Si(111)界面。
2024-12-30 cond-mat.mes-hall 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
Finite Sized Atomistic Simulations of Screw Dislocations
螺旋位错与外加应力的相互作用进行了研究，使用原子模拟结合连续处理的远场边界条件所发挥的作用。一个有限的原子单元被用来考虑位错对外加应力的响应，由于边界的存在，这在位错上引入了额外的力。连续介质力学用于计算边界力，随后在位错的平衡条件中考虑边界力。利用这个公式，晶格电阻曲线和相关的Peierls应力计算螺旋位错在几个紧密堆积的金属。作为边界力方法的一个具体例子，我们计算了弓出钉扎螺位错的位错线张力计算的原子模拟的结果，使用明确占边界力的变分原理。
1996-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic fracture in bcc iron revealed by active learning of Gaussian approximation potential
体心立方（bcc）铁的原子断裂机制的预测是理解其半脆性的本质。现有的基于经典原子间作用势的I型载荷下裂纹尖端变形机制的原子模拟产生了相互矛盾的预测。为了使断裂预测与量子精度，我们开发了一个高斯近似势（GAP）使用主动学习策略，通过扩展铁磁体心立方铁的密度泛函理论（DFT）数据库。我们应用主动学习算法，并获得一个Fe GAP模型的最大预测误差为8毫电子伏/原子在广泛的应力强度因子（SIF）和四个裂纹系统。分析了该方法的学习效率，并将预测的临界应力强度因子与Griffith和Rice理论进行了比较。模拟结果表明，在T= 0 K时，{100}和{110}裂纹面的裂尖机制均为沿原裂纹面的解理，从而解决了一个长期存在的争论。我们的工作还强调了需要一个多尺度的方法来预测断裂和内在的延展性，有限的温度，有限的加载速率的影响和预先存在的缺陷（如纳米空隙，位错）应明确考虑。
2022-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial strain relief by periodic dislocation doublets emerging from rotationally related orientation relationships of Y4Zr3O12 dispersions in ferrite matrix
通过透射电子显微镜、图像模拟和晶体学模型，利用分散在体心立方Fe基体中的Y 4 Zr 3 O 12纳米析出相，研究了三方晶/体心立方取向关系及其发生的可能性.两个由旋转相关的方向关系：[1-20]||[111]（21-2）||（-110）和[1-20]||[111]与（00-3）||（-110），并且对于两个OR，在（110）中的应变界面处识别错配位错偶极子的周期性阵列。结合极射投影，进一步推导出Y_4Zr_3O_（12）/bcc体系中18个能量上可行的OR，其中包括本研究中的两个优势OR和文献中的其他OR。产生具有最少数量的位错偶极子的界面的取向关系是最常见的。
2021-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Mechanistic origin of high retained strength in refractory BCC high entropy alloys up to 1900K
体心立方（BCC）高熵合金MoNbTaW和MoNbTaVW在高达1900 K的温度下具有优异的强度保持性。保留强度的机械起源是未知的，但对于在BCC HEA组合物的巨大空间中找到最佳合金是至关重要的。对Nb-Mo、Fe-Si和Ti-Zr-Nb合金的实验表明，刃位错的迁移率降低，从而激发了BCC合金刃位错强化的理论。与在低温下由螺旋位错运动控制的纯BCC金属和稀合金不同，BCC HEAs的强度可以由刃位错控制，并且特别是在高温下，这是由于为通过溶质的随机场的边缘滑移而产生的屏障。BCC合金中的边缘运动的无参数理论定性和定量地捕获MoNbTaW和MoNbTaVW合金的强度与温度。然后，该理论的简化分析版本能够筛选Mo-Nb-Ta-V-W族中超过600，000种成分，识别具有高保留强度和/或降低的质量密度的有希望的新成分。总的来说，该理论揭示了一种意想不到的机制，负责BCC合金的高温强度和铺平了道路，更强的高熵合金的理论指导设计。
2019-06-13 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Geometries of edge and mixed dislocations in bcc Fe from first principles calculations
用密度泛函理论计算了体心立方Fe中$a_0[100](010)$边、$a_0[100](011)$边、$a_0/2[\bar{1}\bar{1}1](1\bar{1}0)$边和$a_0/2[111](1\bar{1}0)$ $71^{\circ}$混合位错的芯结构。计算使用灵活的边界条件（FBC），它允许位错松弛作为孤立的缺陷，通过晶格格林函数（LGF）耦合到一个无限的谐波晶格的核心。我们使用LGF的位错几何形状的对比，以前的FBC-based位错计算，使用散装晶体LGF。位错LGF解释了核心中拓扑结构的变化以及整个晶格中的应变。位错几何中力常数的块状近似导致LGF优化$a_0[100](010)$边缘、$a_0[100](011)$边缘和$a_0/2[111](1\bar{1}0)$ $71^{\circ}$混合位错的核心。这种近似对于$a_0/2[\bar{1}\bar{1}1](1\bar{1}0)$位错是失败的，所以在这里，我们从高斯近似势中使用精确的力常数推导出LGF。位错Nye张量分布的标准偏差量化的核心的宽度。弛豫后的铁原子核是致密的，铁原子上的磁矩与核中的体积应变分布密切相关。我们还计算了这些位错的核心结构，使用八种不同的经典原子间势，并量化的核心之间的对称性差异，使用他们的奈张量分布的傅立叶系数。用经典势计算的大部分核结构与DFT结果吻合得很好。DFT的几何形状提…
2018-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of twin boundary effect on the crack growth behaviour in BCC Fe
本文采用分子动力学模拟研究了孪晶界对体心立方铁单晶裂纹扩展行为的影响。研究了（111）$<$ 110 $>$（裂纹面/裂纹前缘）取向的原子级尖锐裂纹在恒应变速率下的扩展。为了研究孪晶界对裂纹扩展行为的影响，在垂直于裂纹扩展方向上引入了单个和多个孪晶界。结果表明，体心立方铁单晶中的（111）$<$ 110 $>$裂纹以脆性方式扩展。然而，随着孪晶界的引入，在裂纹尖端观察到明显的塑性形变。此外，增加孪晶界的数量增加了塑性形变的量，导致更好的抗裂性和高的失效应变。最后，一个有趣的关系已经观察到裂纹扩展速率和流动应力之间。
2021-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Basal dislocation/precipitate interactions in Mg-Al alloys: an atomistic investigation
用原子模拟方法研究了$β$ -Mg $_{17}$ Al $_{12}$析出相与刃型位错的相互作用.开发了一种策略，以在原子模型中的Mg基体内插入具有Burgers取向关系的菱形Mg $_{17}$ Al $_{12}$沉淀，确保基体/沉淀界面接近最小能量配置。结果发现，位错绕过沉淀形成的奥罗万环，进入沉淀。在沉淀物内，位错不能进一步前进，直到更多的位错克服沉淀物并推动初始环以沿着平行于Mg的基面的（110）面剪切沉淀物。随着更多的位错克服沉淀物，最终重复该过程，并且位错/沉淀物相互作用的这种机制与实验观察一致。此外，初始解析的剪切应力绕过沉淀物是与培根-Kocks-Scattergood模型的预测。
2019-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation climb models from atomistic scheme to dislocation dynamics
我们从原子尺度上的随机模型出发，通过尺度放大，建立了空位辅助位错攀移的介观位错动力学模型。我们的模型纳入微观机制（i）体扩散的空缺，（ii）体和位错核心之间的空缺交换动力学，（iii）沿位错核心的空缺管扩散，和（iv）空缺的附着-脱离动力学在慢跑导致运动的慢跑。我们的介观模型由空位体扩散方程和位错攀移速度公式组成。位错上的管道扩散和慢跑结构的影响被纳入了罗宾边界条件附近的位错的体扩散方程和一个新的贡献，由于空位管扩散驱动的应力沿位错的变化在位错的攀移速度。我们的攀登公式是能够定量地描述平移的棱柱环在低温时，体扩散可以忽略不计。利用这个新的提法，我们推导出解析公式的直刃位错和棱柱形的圆形回路的爬升速度。我们的位错攀移公式可以实现在位错动力学模拟，将所有上述四个微观机制的位错攀移。
2016-11-17 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
Core Energies in Isolated Edge and Mixed Dislocations in BCC Fe from First-principles Energy Density Method
本文利用第一性原理能量密度方法计算BCC Fe中多种刃位错和混合位错的原子能量与芯部能量，并通过与EAM和GAP势比较，证明GAP势在芯部能量上更接近DFT结果。
2025-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Bridging Atomistic and Continuum Descriptions of Nanoscale Dislocation Loops in Tungsten
University of Warwick（华威大学）；United Kingdom Atomic Energy Authority（英国原子能管理局）
本文提出连续方法模拟位错环相互作用，以预测辐射对钨材料性能的长期影响，通过原子模拟验证模型，证明连续模型在远场行为与原子模拟结果一致。
2026-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic-to-Meso Multi-Scale Data-Driven Graph Surrogate Modeling of Dislocation Glide
从它们在制造过程中诞生起，材料就固有地包含影响多个长度和时间尺度的机械行为的缺陷，包括空位、位错、空隙和裂纹。因此，理解，建模和实时模拟潜在的随机微观结构缺陷的演变是至关重要的多尺度耦合和传播的不确定性的原子最终老化连续介质力学的众多来源。我们开发了一个基于图形的替代模型的位错滑移的位错迁移率的计算。我们将刃型位错建模为随机行走器，在图的相邻节点之间跳跃，遵循泊松随机过程。网络表示作为一个粗粒化的分子动力学模拟，提供位错轨迹的经验计算的跳跃率。通过这种构造，我们恢复了原始的原子迁移率估计，具有显着的计算速度和准确性。此外，潜在的随机过程提供了与原始分子动力学模拟相关的位错迁移率的统计数据，允许跨尺度的材料参数和不确定性的有效传播。
2020-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Development of interatomic potential appropriate for simulation of dislocation migration in fcc Fe
位错迁移的分子动力学（MD）模拟需要原子间相互作用的半经验势。虽然有许多可靠的半经验电位的bcc铁，可用的fcc的电位的数量是非常有限的。在本研究中，我们测试了fcc Fe（ABCH 97 [Phil. Mag. A，75，713-732（1997）]、BCT13 [MSMSE 21，085004（2013）]和ZFS 18 [J. Comp. Chem. 39，2420-2431（2018）]）。发现ABCH 97势并不提供fcc相在任何温度下都是最稳定的。另一方面，对于BCT 13，ZFS 18电位，fcc相总是比bcc相更稳定。在任何温度下，hcp相是BCT 13电位最稳定的相。为了解决这些问题，我们开发了两个新的EAM电位（MB 1和MB 2）。对于MB 1势，fcc相仍然比bcc相更稳定，但是MB 2势提供了从较高的fcc-bcc转变温度T_γ-δ到熔化温度Tm，bcc相是最稳定的相，并且fcc相是低于T_γ-δ的最稳定的相。这种潜力也导致一个很好的协议与fcc弹性常数和合理的层错能的实验数据，这使得它的最佳潜力的模拟中的位错迁移的fcc Fe之间的所有半经验的潜力，在本研究中考虑。分子动力学模拟表明，只有ZFS 18，MB 1和MB 2势实际上适合于模拟面心立方铁中的位错迁移。这两种位错运动速度具有相同的数量级，都表明刃型位错运动速度比螺型位错运动速度快。然而，位错速度…
2020-09-25 cond-mat.mtrl-sci
The nature of deformation-induced dislocations in SrTiO3: Insights from atomistic simulations
低温下SrTiO_3中机械诱导位错的性质长期以来一直是一个有争议的问题。在这里，我们提供了一个系统的概述，现有的知识在化学计量SrTiO 3的位错补充计算模型的几个建议的位错类型。基于原子模拟，我们揭示了它们的结构和流动性，并把我们的重点放在分裂成部分位错，因为这种机制是负责在钛酸锶良好的位错流动性。我们的研究结果表明，具有{1 - 10}滑移面的位错（A、B和C型）由于其滑移解离构型而表现出容易的滑移行为。然而，位错在{001}滑移面（E型）上的运动由于高Peierls势垒而被禁止，就像{1 - 1 - 2}滑移面（D型）的情况一样。对于位错（部分）边缘字符的分解成部分示出是非常敏感的位错核心的电荷状态。反过来，由于位错的迁移率与位错的解离密切相关，因此宏观延展性在某些情况下可能与位错核心处的电荷有直接关系。
2022-07-27 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
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
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
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
Atomistic Graph Neural Networks for metals: Application to bcc iron
基于从头算精确模拟的晶体的原子结构和性质（包括缺陷）的预测对于揭示控制金属的微观和宏观行为的纳米尺度机制是必不可少的。密度泛函理论（DFT）可以实现对这些性质中的一些性质的量子精确预测，但是计算成本很高，因此仅限于约1,000个原子的系统。为了以量子精度预测涉及数千到数百万个原子的纳米级结构的力学行为，最近开发了机器学习原子间势。在这里，我们探索了基于图神经网络（GNNs）的一类新的原子间势的性能，这是深度学习的一个最新研究领域。两个国家的最先进的GNN模型被认为是，SchNet和DimeNet，并在广泛的铁磁性体心立方铁的DFT数据库上训练。我们发现，包括三体项的DimeNet GNN Fe势可以用DFT精度再现状态方程和贝恩路径，以及缺陷配置（空位和表面）。据我们所知，这是GNN再现体心立方铁中缺陷能量学的能力的第一次证明。我们提供了DimeNet的开源实现，可用于训练其他金属系统，以进一步探索GNN功能。
2021-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Homogeneous Nucleation and Forest Hardening Result in Thermal Hardening Phenomenon in Shock Loaded BCC Metals
高应变率下热硬化现象的解释是近年来冲击波物理研究中的一个重要问题。本文从位错产生的角度对这一问题进行了研究，得出了一个新的结论：除了声子拖曳机制外，均匀形核（HN）引起的森林硬化也会导致BCC金属的热硬化行为。通过基于位错的晶体塑性模型的数值模拟，我们定量地再现了实验结果，并预测了其他BCC金属的热硬化行为，即，莫，在更高的温度下。
2018-09-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Recent Progress in the Concurrent Atomistic-Continuum (CAC) Method and its Application in Phonon Transport
本文介绍了并行原子连续统（CAC）方法在声子输运的粗粒度空间和时间分辨原子模拟中的最新进展。应用实例，包括热脉冲传播通过晶界和相界面，以及声子和移动位错之间的相互作用，提供证明CAC的能力。模拟结果提供了直观的证据，并揭示了各种现象的基本物理，包括：声子聚焦，波的干扰，位错阻力，界面Kapitza电阻所造成的准弹道声子输运等一种新的方法来量化通量瞬态输运过程中也介绍。
2017-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enabling microstructural changes of FCC/BCC alloys in 2D dislocation dynamics
降维过程是根据不同条件（如辐射、高温或压力）引发的缺陷几何性质的变化来表示二维位错动力学中的缺陷的配方。在本研究中，这一过程被扩展到包括进一步的功能，特别关注面心立方/体心立方合金用于不同的工程目的的缺陷的存在。为了在二维位错动力学计算单元上反映合金的微观组织状态，对每种缺陷采用相应的强度和线间距，实现了多类型缺陷在滑移线上的分布。此外，设置简单的递归增量关系来计算沉淀物上的循环累积。在滑移线上刃位错运动受到连续阻力的情况下，引入了摩擦力的表达式，考察了摩擦力对屈服强度的贡献。通过使用关于平面应变变形条件下的缺陷性质和晶粒尺寸的实验信息，将每个新性质独立地应用于不同的材料：对于预时效和热处理的铜-铬-锆中的沉淀物粗化，钽-2.5钨中的内摩擦，和混合硬化，由于存在的沉淀物和棱柱形环在辐照氧化物弥散强化EUROFER与0.3%氧化钇。
2015-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Free energy function of dislocation densities by large scale atomistic simulation
本文讨论了复杂位错微观结构的自由能，它是连续塑性的一个基本性质。在过去的文献中，已经提出了多个模型的位错的自能，部分相互矛盾。为了深入了解位错微观结构和与它们相关的自由能之间的关系，而不是基于理论或现象学参数导出模型，在这里，这些量使用大规模分子动力学模拟直接测量。使用纳米压痕来诱导塑性，纳米压痕作为由局部变形引起的位错成核和增殖的结果而产生位错的不均匀分布。使用这种方法，位错密度和自由能的测量是从头算的，因为只有原子间势定义了系统对施加的变形的反应。模拟结果强烈支持标量位错密度和自由能之间的线性关系，这可以很好地相关的直位错的机械能的经典模型，即使对于复杂的位错网络在这里考虑。
2015-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic survey of grain boundary dislocation interactions in FCC Nickel
众所周知，晶界（GBs）对多晶材料的力学性能有很大的影响。不为人所知的是不同的GB如何与位错相互作用，以影响位错运动。本工作提出了一个分子动力学研究33个不同的FCC镍双晶，每个受到四个不同的应变状态，以诱导入射位错GB相互作用的132个独特的配置。由此产生的模拟进行分析，以确定的相互作用，影响通过GB的位错传输的可能性，以更好地通知多晶体内的位错运动的介观模型的属性。它被发现的能力来预测的滑移系统的传输位错使用常见的几何准则被确认。此外，机器学习过程的实施揭示了几何属性，如最小潜在的剩余伯格斯矢量（RBV）和两个晶粒之间的取向差，是更强的指标是否位错将传输比其他属性，如解决的剪切应力。
2019-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of the interaction of basal dislocations with MgZn$_2$ precipitates in Mg alloys
采用新的原子间相互作用势，对Mg边基面位错与棒状$β_1'$ -MgZn $_2$沉淀相的相互作用进行了原子模拟研究。原子模型的建立考虑到了基体和沉淀物之间的取向关系的实验信息，以确保最小的能量界面。发现位错最初通过形成穿透沉淀物的奥罗万环而克服沉淀物。在几个Orowan环堆积后，最终剪切沉淀物。剪切沉淀物所需的环的数量随着沉淀物横截面的减小和温度的升高而减小，但与沉淀物间距无关。结晶剪切没有发生沿定义明确的晶面，但它是由沉淀物中的弹性能的积累，最终导致形成的非晶层下方和上方的滑移面的基底位错触发。通过这种机制在沉淀物中诱导的扭结与透射电子显微镜观察结果非常一致。
2020-05-09 cond-mat.mtrl-sci
