基于 DFT 的辐射抗性稀疏三元铜合金设计
材料科学
2026-03-03 v2
摘要
本研究建立了一个系统化的高通量计算框架，用于设计通过添加与空位结合并减少其迁移率，从而促进中空位-空位复合的辐射抗性稀疏三元铜合金。通过此方法开发合金的首要挑战在于缓解空位中介的溶质拖拽效应，因为密度泛函理论(DFT)计算表明，结合空位能力强的溶质也会被快速拖拽至点缺陷汇集处，从而从基体中被移除。为克服此问题，向 Cu 基体添加两种类型的溶质：第一种具有强空位结合能的溶质(B 类型物种)以及另一种结合'B'且在 Cu 中扩散缓慢的溶质(C 类型物种)。利用 DFT 筛选出 21 种协同溶质配对，其中'B'=Zr、Ge、Sn，'C'=Fe、Co、Mo、Ni、Nb、W、Cr。随后对两个有前景的合金 Cu(Zr,Co) 和 Cu(Zr,Fe) 在稀疏 regime 中进行详细研究。利用动力学簇扩张方法(KineCluE)对这些合金在辐照条件下的扩散和溶质拖拽进行建模。结果表明，尤其是 Zr 与 Co 之间强烈的热力学结合显著降低了 Zr 溶质的迁移率，并抑制了空位中介的溶质拖拽。基于二元合金中标准五跳频率模型的解析框架，发现空位-Zr-Co 三元组通过提高空位从溶质的解离垄直，扰乱了促进二元合金溶质拖拽的动力学电路。
引用
@article{arxiv.2510.19638,
title = {DFT-informed Design of Radiation-Resistant Dilute Ternary Cu Alloys},
author = {Vaibhav Vasudevan and Thomas Schuler and Pascal Bellon and Robert Averback},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.19638},
year = {2026}
}