镍中结构异质性与动力学异质性在成核机制中的相互作用

从根本上理解金属合金中的晶体成核过程，对于开发和设计具有目标性能的高性能材料至关重要。然而，结晶是一个复杂的非平衡过程，尽管已被研究数十年，支配材料结晶机制的微观方面至今仍难以捉摸。近期证据表明，过冷液体中的空间异质性（以具有显著流动性和有序度的扩展区域为特征）可能是决定晶体成核机制的关键微观因素。这些发现推进了我们对结晶基本性质的认识，因为大多数研究假设晶体团簇从“均匀”液体中的随机涨落成核。在此，通过分析过渡路径采样轨迹，我们表明动力学异质性在元素金属镍的晶体成核机制中起关键作用。我们的结果表明，结晶优先发生在过冷液体中低流动性区域，证明了镍中晶体成核的集体动力学性质。此外，我们的结果显示低流动性区域先于预有序畴形成并在空间上与之重叠，这些预有序畴作为随后出现的晶体相的前驱体。我们的结果清晰揭示了过冷液体中动力学与结构异质性之间的联系及其对成核机制的影响，揭示了可能开辟金属结晶过程控制新途径的微观描述符。