《Scripta Mater》：一种估算面心立方结构固有能垒的高通量方法！

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面心立方(FCC)结构中的塑性变形是由位错滑移、机械孪晶和形变诱导相变等共同影响的。在这种结构的合金中，固有层错能(ISFE，γ_isf)是决定潜在变形机制的关键参数。ISFE较低的合金一般通过孪晶进行变形，而ISFE较高的合金则倾向于通过位错滑移进行变形。然而，仅用γ_isf是否足以确定变形途径仍存在争议。例如，纯Cu和Ag中均有孪生现象，其γ值相对较低，分别为45mJ/m²和16mJ/m²。Ir具有较高的能量(480mJ/m²)，通过孪晶变形，而Al(150mJ/m²)不通过孪晶变形。因此，γ_isf并不是确定变形模式的充分判据。目前工作的目的是阐明描述符，相比γ_isf提供更好的预测变形路径，并开发一种方法以迅速估算它们。

美国加州大学的研究人员介绍了几个变形的固有能垒(intrinsic energy barriers,IEB)，提出了一种用于估算IEB的新高通量方法，通过该方法评估已知纯金属的孪晶性、理想剪切强度和临界应力孪晶来验证该方法。相关论文以题为“High-throughput approach for estimation of intrinsic barriers in FCC structures for alloy design”发表在Scripta Materialia。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114126

变形路径由四个IEB控制：(a)不稳定堆垛层错能(USF)；(b)内在堆垛层错能(ISF)；(c)不稳定孪晶层错能(UTF)；(d)外在堆垛层错能(ESF)。相应的能量符号分别为γ_usf、γ_isf、γ_utf和γ_esf。在已知IEB的情况下，基于变形模式进行排序和分类是可行的。γ_usf和γ_utf不能通过实验获得，可以通过超胞方法进行推导。本文为了研究不稳定层错能(γ_usf和γ_utf)与剪切模量之间的相关性，在具有广泛剪切模量的纯FCC中进行电子结构计算。平面层错能(GPFE)可以根据这个公式计算：

本研究中的新方法对Pt中γ_isf的DMLF模型估算与已有报道的值非常一致，主要原因是假设γ_usf在0.5 b_s1之前的超胞计算表明它出现在约0.9 b_s1。关于广义堆垛层错能(GSFE)的周期函数模型如下，其中u的范围从0到2b，通过与其他报道对比，证明在探索MPEAs和HEAs的复杂组合空间的背景下，GSFE建模方法是有益的。

图1 (a) USF、ISF、UTF和ESF的层错能曲线示意图；(b) 在{110}平面上显示剪切过程中原子的叠加顺序和原子排列；(c) 用来估算FCC中断裂和完美构型能量的超单体结构

图2 在现有报道的各种纯金属和合金中γ_usf和γ_utf与μ_slipb的相关性

图3 在纯金属和(Ni_0.5Co_0.5)_1-xRu_x中使用本文方法估算理想剪切强度和临界孪晶应力

综上所述，Zimmerman等人已经证明FCC结构的大量纯金属的无量纲和是常数(恒定)，现有报道中的多组分合金数据都遵循这种相关性，根据相关性，本文开发了一种用于估算内部能量壁垒(GSFE/GPFE)的新的高通量方法。从合金设计的角度来看，孪生、滑移和孪生的临界应力等，可以用来描述复杂合金畴的分类和识别新型MPEAs和HEAs。（文：破风）