Fe-Ni 合金中晶格空位迁移势垬及 Ni 原子为何扩散缓慢：基于 ab initio 的研究

在本研究中，我们在以赫鲁赫金属 Fe$_x$Ni$_{1-x}$ 合金（$0.4 \leq x \leq 0.6$）中研究了 Fe 和 Ni 原子的迁移性，通过基于 ab initio 电子结构计算的 nudged elastic band（NEB）方法准确量化晶格空位迁移的能垬。研究了原子无序（A1）fcc 相以及正在考虑作为稀有金属无钴磁材料用于高端工程应用的原子有序、 tetragonal $\mathrm{L}1_0$ 相。我们发现，在包含无序、部分有序和完全有序结构的超胞配置中进行的一组 NEB 计算中，Ni 原子始终显著不如 Fe 原子具有良好的可移动性。关键在于，我们能够依据该铁磁合金的底层自旋极化电子结构来解释这些结果。具体而言，我们报告了局部晶格扭曲大小与空位周围局部电子自旋极化大小之间的耦合。这导致 Fe 原子进入晶格空位，而 Ni 原子保持固定在其原始晶格位置。这一作用在决定 Ni 原子相对于 Fe 原子迁移性较差方面起到了关键作用。这些结果为 Ni 在 Fe-Ni 合金中 exhibits 显著缓慢原子扩散的长期实验观察提供了原子尺度的洞见。