Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Khám Phá Các Trạng Thái Vi Phân Địa Phương Của Hợp Kim Năng Lượng Trung Bình Fe–Mn–Al: Nghiên Cứu Đầu Tiên Dựa Trên Nguyên Lý Cơ Bản
Tóm tắt
Các hợp kim đa thành phần ổn định bằng entropi được xem là vật liệu cấu trúc triển vọng nhờ vào các thuộc tính cơ học và chức năng ấn tượng của chúng. Các cấu trúc hóa học địa phương, vi trạng thái và các biến đổi cấu hình là rất quan trọng để làm rõ mối quan hệ giữa cấu trúc và thuộc tính, từ đó thúc đẩy sự phát triển của các hợp kim đa thành phần tiên tiến. Trong công trình hiện tại, các tác động của biến dạng mạng tinh thể cục bộ (LLD) và các vi trạng thái của các cấu hình khác nhau trên thể tích cân bằng (V0), năng lượng tổng (Tổng năng lượng), năng lượng Fermi, mô men từ (μMag) và chức năng công việc electron (Φ) cũng như cấu trúc liên kết của hợp kim năng lượng trung bình Fe–Mn–Al (MEA) đã được nghiên cứu một cách toàn diện thông qua các phép tính dựa trên nguyên lý đầu tiên. Kết quả cho thấy rằng Φ và μMag của các MEA đó tỷ lệ thuận với V0, điều này chủ yếu do biến dạng mạng tinh thể tác động. Về mật độ điện tích liên kết, cả các cụm được củng cố hay còn gọi là cấu trúc trật tự ngắn hạn và các vị trí liên kết yếu hay các điểm yếu đều được đặc trưng. Trong khi sự hiện diện của các nguyên tử Al liên kết yếu cho thấy sự biến dạng mạng tinh thể cục bộ lớn/không phù hợp, các cặp liên kết Fe–Mn dẫn đến sự hình thành các cụm cứng cáp, chiếm ưu thế trong các vi trạng thái cục bộ và các chuyển tiếp cấu hình. Những biến đổi của μMag có liên quan đến sự gia tăng của các nguyên tử Fe và Mn từ tính gần nhất, điều này xuất phát từ LLD do các nguyên tử Al gây ra, cùng với sự thay đổi địa phương trong các cấu trúc điện tử. Công trình này cung cấp cái nhìn từ góc độ nguyên tử và điện tử về cơ chế tăng cường dung dịch rắn chi phối bởi vi trạng thái của hợp kim Fe–Mn–Al MEA.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
E.P. George, W.A. Curtin, C.C. Tasan, Acta Mater. 188, 435 (2020)
J.W. Bae, H.S. Kim, Scr. Mater. 186, 169 (2020)
P. Sathiyamoorthi, H.S. Kim, Prog. Mater. Sci. 100709 (2020)
D.B. Miracle, O.N. Senkov, Acta Mater. 122, 448 (2017)
O.N. Senkov, J.D. Miller, D.B. Miracle, C. Woodward, Nat. Commun. 6, 6529 (2015)
C. Lee, Y. Chou, G. Kim, M.C. Gao, K. An, J. Brechtl, C. Zhang, W. Chen, J.D. Poplawsky, G. Song, Y. Ren, Y.C. Chou, P.K. Liaw, Adv. Mater. 32, 2004029 (2020)
S.S. Sohn, A. Kwiatkowski da Silva, Y. Ikeda, F. Körmann, W. Lu, W.S. Choi, B. Gault, D. Ponge, J. Neugebauer, D. Raabe, Adv. Mater. 31, 1807142 (2019)
C.C. Yen, G.R. Huang, Y.C. Tan, H.W. Yeh, D.J. Luo, K.T. Hsieh, E.W. Huang, J.W. Yeh, S.J. Lin, C.C. Wang, C.L. Kuo, S.Y. Chang, Y.C. Lo, J. Alloys Compd. 818, 152876 (2020)
W. Cao, M. Zheng, W. Ding, X. Mao, C. Wang, W. Wang, J. Xin, Mater. Res. Express 6, 066558 (2019)
F.H.W. Körmann, A.V. Ruban, M.H.F. Sluiter, Mater. Res. Lett. 5, 35 (2017)
W.Y. Wang, J. Wang, D. Lin, C. Zou, Y. Wu, Y. Hu, S.L. Shang, K.A. Darling, Y. Wang, X. Hui, J. Li, L.J. Kecskes, P.K. Liaw, Z.K. Liu, J. Phase Equilib. Diff. 38, 404 (2017)
S. Mu, S. Wimmer, S. Mankovsky, H. Ebert, G.M. Stocks, Scr. Mater. 170, 189 (2019)
W.Y. Wang, S.L. Shang, Y. Wang, Y.J. Hu, K.A. Darling, L.J. Kecskes, S.N. Mathaudhu, X.D. Hui, Z.K. Liu, Mater. Chem. Phys. 162, 748 (2015)
Y.S. Hou, H.J. Xiang, X.G. Gong, Sci. Rep. 5, 13159 (2015)
J.W. Yeh, S.K. Chen, S.J. Lin, J.Y. Gan, T.S. Chin, T.T. Shun, C.H. Tsau, S.Y. Chang, Adv. Eng. Mater. 6, 299 (2004)
S. Jiang, H. Wang, Y. Wu, X. Liu, H. Chen, M. Yao, B. Gault, D. Ponge, D. Raabe, A. Hirata, M. Chen, Y. Wang, Z. Lu, Nature 544, 460 (2017)
B. Yin, W.A. Curtin, Mater. Res. Lett. 8, 209 (2020)
V.T. Nguyen, M. Qian, Z. Shi, T. Song, L. Huang, J. Zou, Intermetallics 101, 39 (2018)
C. Lee, G. Song, M.C. Gao, R. Feng, P. Chen, J. Brechtl, Y. Chen, K. An, W. Guo, J.D. Poplawsky, S. Li, A.T. Samaei, W. Chen, A. Hu, H. Choo, P.K. Liaw, Acta Mater. 160, 158 (2018)
G. Kim, H. Diao, C. Lee, A.T. Samaei, P. Tu, M. de Jong, K. An, D. Ma, P.K. Liaw, W. Chen, Acta Mater. 181, 124 (2019)
L.R. Owen, E.J. Pickering, H.Y. Playford, H.J. Stone, M.G. Tucker, N.G. Jones, Acta Mater. 122, 11 (2017)
B. Cantor, I.T.H. Chang, P. Knight, A.J.B. Vincent, Mater. Sci. Eng. A 375–377, 213 (2004)
W.Y. Wang, S.L. Shang, Y. Wang, F. Han, K.A. Darling, Y. Wu, X. Xie, O.N. Senkov, J. Li, X.D. Hui, K.A. Dahmen, P.K. Liaw, L.J. Kecskes, Z.K. Liu, N.P.J. Comput, Mater. 3, 23 (2017)
W.Y. Wang, B. Gan, D. Lin, J. Wang, Y. Wang, B. Tang, H. Kou, S. Shang, Y. Wang, X. Gao, H. Song, X. Hui, L.J. Kecskes, Z. Xia, K.A. Dahmen, P.K. Liaw, J. Li, Z.K. Liu, J. Mater. Sci. Technol. 53, 192 (2020)
E. Ma, Scr. Mater. 181, 127 (2020)
Y. Wu, F. Zhang, X. Yuan, H. Huang, X. Wen, Y. Wang, M. Zhang, H. Wu, X. Liu, H. Wang, S. Jiang, Z. Lu, J. Mater. Sci. Technol. 62, 214 (2021)
Z. Yanwen, G. Stocks, K. Jin, C. Lu, H. Bei, B. Sales, L. Wang, L. Béland, R.E. Stoller, G. Samolyuk, M. Caro, A. Caro, W. Weber, Nat. Commun. 6, 8736 (2015)
V. Gerold, H.P. Karnthaler, Acta Metall. 37, 2177 (1989)
Y. Zhao, J. Park, J. Jang, U. Ramamurty, Acta Mater. 202, 124 (2021)
W. Jian, Z. Xie, S. Xu, Y. Su, X. Yao, I.J. Beyerlein, Acta Mater. 199, 352 (2020)
D.M. Rodríguez, F. Plazaola, J.S. Garitaonandia, J.A. Jiménez, E. Apiñaniz, Intermetallics 24, 38 (2012)
V.R. Manga, J.E. Saal, Y. Wang, V.H. Crespi, Z.K. Liu, J. Appl. Phys. 108, 103509 (2010)
E. Menéndez, M.O. Liedke, J. Fassbender, T. Gemming, A. Weber, L.J. Heyderman, K.V. Rao, S.C. Deevi, S. Suriñach, M.D. Baró, J. Sort, J. Nogués, Small 5, 229 (2009)
D. Boukhvalov, Y. Gornostyrev, M. Katsnelson, A. Lichtenstein, Phys. Rev. Lett. 99, 247205 (2008)
R. Bali, S. Wintz, F. Meutzner, R. Hübner, R. Boucher, A.A. Ünal, S. Valencia, A. Neudert, K. Potzger, J. Bauch, F. Kronast, S. Facsko, J. Lindner, J. Fassbender, Nano Lett. 14, 435 (2014)
P. Shukla, M. Wortis, Phys. Rev. B 21, 159 (1980)
C.X. Zou, J.S. Li, W.Y. Wang, Y. Zhang, D.Y. Lin, R. Yuan, X. Wang, B. Tang, J. Wang, X. Gao, H.C. Kou, X. Hui, X.Q. Zeng, M. Qian, H.F. Song, Z.K. Liu, D.S. Xu, Acta Mater. 202, 211 (2021)
C.X. Zou, J.S. Li, W.Y. Wang, Y. Zhang, B. Tang, H. Wang, D.Y. Lin, J. Wang, H.C. Kou, D.S. Xu, Comp. Mater. Sci. 152, 169 (2018)
F.Y. Tian, D.Y. Lin, X.Y. Gao, Y.F. Zhao, H.F. Song, J. Chem. Phys. 153, 13 (2020)
H. Song, F. Tian, Q.M. Hu, L. Vitos, Y. Wang, J. Shen, N. Chen, Phys. Rev. Mater. 1, 023404 (2017)
G.L.W. Hart, L.J. Nelson, R.W. Forcade, Comp. Mater. Sci. 59, 101 (2012)
F. Tian, D.Y. Lin, X. Gao, Y.F. Zhao, H.F. Song, J. Chem. Phys. 153, 089901 (2020)
G. Kresse, D. Joubert, Phys. Rev. B 59, 1758 (1999)
Y. Wang, J.P. Perdew, Phys. Rev. B 44, 13298 (1991)
G. Kresse, J. Furthmuller, Phys. Rev. B: Condens. Matter 54, 11169 (1996)
G. Kresse, J. Furthmuller, Comp. Mater. Sci. 6, 15 (1996)
Y. Wang, L.Q. Chen, Z.K. Liu, S.N. Mathaudhu, Scr. Mater. 62, 646 (2010)
M. Methfessel, A.T. Paxton, Phys. Rev. B 40, 3616 (1989)
P.E. Blochl, O. Jepsen, O.K. Andersen, Phys. Rev. B 49, 16223 (1994)
P.N.H. Nakashima, A.E. Smith, J. Etheridge, B.C. Muddle, Science 331, 1583 (2011)
W.Y. Wang, K.A. Darling, Y. Wang, S.L. Shang, L.J. Kecskes, X.D. Hui, Z.K. Liu, Scr. Mater. 120, 31 (2016)
W.Y. Wang, Y. Wang, S.L. Shang, K.A. Darling, H. Kim, B. Tang, H.C. Kou, S.N. Mathaudhu, X.D. Hui, J.S. Li, L.J. Kecskes, Z.K. Liu, Mater. Res. Lett. 5, 415 (2017)
K. Momma, F. Izumi, J. Appl. Crystallogr. 44, 1272 (2011)
S. Halas, T. Durakiewicz, J. Phys.: Condens. Matter. 10, 10815 (1998)
A.J. Bradley, A.H. Jay, W.L. Bragg, Proc. R. Soc. London, Ser. A 136, 210 (1932)
A. Lawley, R.W. Cahn, J. Phys. Chem. Solids 20, 204 (1961)
A. Taylor, R.M. Jones, J. Phys. Chem. Solids 6, 16 (1958)
W.Y. Wang, B. Tang, S.L. Shang, J. Wang, S. Li, Y. Wang, J. Zhu, S. Wei, J. Wang, K.A. Darling, S.N. Mathaudhu, Y. Wang, Y. Ren, X.D. Hui, L.J. Kecskes, J. Li, Z.K. Liu, Acta Mater. 170, 231 (2019)
Y. Zhang, J. Li, W.Y. Wang, P. Li, B. Tang, J. Wang, H. Kou, S. Shang, Y. Wang, L.J. Kecskes, X. Hui, Q. Feng, Z.K. Liu, J. Mater. Sci. 54, 13609 (2019)
W.Y. Wang, Y. Zhang, J. Li, C. Zou, B. Tang, H. Wang, D. Lin, J. Wang, H. Kou, D. Xu, J. Mater. Sci. 53, 7493 (2018)
S. Ogata, J. Li, S. Yip, Science 298, 807 (2002)
V.R. Manga, S.L. Shang, W.Y. Wang, Y. Wang, J. Liang, V.H. Crespi, Z.K. Liu, Acta Mater. 82, 287 (2015)
C.L. Fu, X. Wang, Mater. Sci. Eng. A 239–240, 761 (1997)
A. Takeuchi, A. Inoue, Mater. Trans. JIM 41, 1372 (2000)
G. Hua, D. Li, Phys. Status Solidi B 249, 1517 (2012)
Z. Li, S. Zhao, R.O. Ritchie, M.A. Meyers, Prog. Mater Sci. 102, 296 (2019)
Y.Y. Zhao, Z.F. Lei, Z.P. Lu, J.C. Huang, T.G. Nieh, Mater. Res. Lett. 7, 340 (2019)
W. Chen, X. Ding, Y. Feng, X. Liu, K. Liu, Z.P. Lu, D. Li, Y. Li, C.T. Liu, X.Q. Chen, J. Mater. Sci. Technol. 34, 355 (2018)
Y.J. Hu, G. Zhao, B. Zhang, C. Yang, M. Zhang, Z.K. Liu, X. Qian, L. Qi, Nat. Commun. 10, 4484 (2019)