纳米空洞-溶质复合物结构-能量映射的可迁移框架：以钨合金为模型系统

理解纳米空洞-溶质复合物的结构和能量状态对于阐明金属中缺陷的耦合演化至关重要。然而，其庞大且复杂的配置空间为传统方法带来了重大挑战。以 W-Re 为代表系统，演示溶质在纳米空洞表面的分离可分解为直接的纳米空洞-溶质相互作用和纳米空洞中介的溶质-溶质相互作用。这两种相互作用都由局部配位构型支配，具有相同构型的局部构型几乎产生相同的能量。基于第一性原理数据，我们训练了机器学习模型，将多样化的局部构型映射到其能量，从而实现从有限的组成局部构型集合中重构任何纳米空洞-溶质复合物的能量。我们进一步开发了规模相关的配置搜索框架，有效识别热力学稳定结构，针对小型、中型和大型复合物分别采用穷举枚举、模拟退火和贪婪添加方法。该框架使我们能够构建大型数据库，揭示了 Re 的阶梯状分离行为，推导出基于 Re 表面覆盖率的简单准则，用于在宽范围尺度上快速预测能量。它还将 Re 的分离与空位介导的纳米空洞演化相联系，并为现有模型和经验势能提供基准。对 Os 和 Ta 的扩展支持了局部构型概念的普适性，预测的溶质在纳米空洞上的分离行为与一系列实验观察相符。这项工作建立了一个在金属中研究纳米空洞-溶质共演化的物理透明、准确且可迁移的框架，并为多尺度模拟提供可靠的能量输入。