原子电子断层扫描揭示高熵合金中的晶体核取与生长
材料科学
2025-04-16 v1 无序系统与神经网络
软凝聚态物质
摘要
高熵合金（HEAs）在混合熵与金属相形成焓之间取得平衡，为结构和功能材料（1-6）创造了广阔的组成空间。它们在金属学中表现出卓越的强度-韧性权衡（4-10），在催化中呈现近乎连续的吸附剂结合能（11-16）。深入了解HEAs中的晶体核取与生长对于控制其形成及优化其结构和功能性质至关重要。然而，HEAs中的原子尺度核取挑战了基于一种或两种主要元素（17-23）的传统理论。多个主要元素之间结构与化学有序性的错综相互作用进一步模糊了我们对核取路径的理解（5,24-27）。由于缺乏直接的三维（3D）原子尺度观察，以往的研究依赖于仿真和间接测量（28-32），使HEAs的核取与生长至今悬而之待。本文将原子电子断层扫描（33,34）应用于解析7,662个HEA和498个中熵合金 nuclei 在不同核取阶段的3D原子结构与化学组成。我们观察到从核到边界的局部结构有序性降低，与局部化学有序性相关。随着 nuclei 的生长，结构有序性得到改善。在后期阶段，大多数 nuclei 在无错位的情况下凝聚，部分形成一致的双晶边界。为解释这些实验观察，我们提出了梯度核取路径模型，其中核取能垒通过多个演化中的中间状态逐渐增加。我们期望这些发现不仅提供对HEAs中晶体核取与生长的基本见解，也为理解其他材料中的核取机制提供通用框架。
引用
@article{arxiv.2504.11325,
title = {Crystal nucleation and growth in high-entropy alloys revealed by atomic electron tomography},
author = {Yakun Yuan and Saman Moniri and Yao Yang and Jihan Zhou and Andrew Yuan and Dennis S. Kim and Yongsoo Yang and Chenyang Li and Wei Chen and Peter Ercius and Jianwei Miao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.11325},
year = {2025}
}