基于第一性原理全电子 Landau 型理论与原子建模的中熵及高熵 Cantor-Wu 合金的成分相稳定性

我们描述了一项早期工作中导出的第一性原理理论的实现与分析，该理论将多组分合金的 Gibbs 自由能按表征潜在成分相的序参数展开为首项。该理论包含了由晶格位上原子占据变化引起的电荷重排及其他电子效应。除对均匀无序相中原子短程有序的严格描述外，还可计算适用于多组分环境下原子建模的成对相互作用参数。通过对指示性 Cantor-Wu 合金系列 NiCo、NiCoCr、NiCoFeCr 与 NiCoFeMnCr 的研究，我们发现相互作用既不能被很好地近似为伪二元，也不能被限制在最邻范围内。我们计算的有序-无序转变温度较低，与实验观测一致，且有序性质由 Ni、Co 与 Cr 间关联主导，而 Fe 与 Mn 相互作用微弱。进一步的原子建模表明，这些多组分系统不存在真正的单相低温基态。相反，单相固溶体由大的构型熵及 Fe、Mn 稀释效应保持在低温下的稳定。我们方法的计算成本效益使其成为进一步探索多组分合金空间的良好候选。