磁 Friedel 振荡稳定的单层 Fe-Cu 界面在铁素骨料中的作用

铜沉淀是钢材增强技术中广泛应用的一项方法。由于铜沉淀直径仅为几纳米，其组成对实验技术而言极具挑战性。晚来的莫里斯·费尔教授在讨论铁在 bulk 铜中的低溶解度与原子探针测量显示铁含量在铜沉淀中相当高的事实时，曾将其称为一个谜。经过严格的第一性原理密度泛函理论计算，我们惊讶地发现，铜沉淀与铁基矩阵之间的界面既非不相容的尖锐界面，也非常规的在多个原子层范围内的可相容界面，而是表现为单层混合的 Fe-Cu 界面。我们的详细分析揭示，自旋极化是决定此类界面关键因素。通过自旋极化产生的磁 Friedel 振荡是稳定该界面的数据来源。当计入单层 Fe-Cu 界面后，由于其尺寸较小，铁在铜沉淀中的含量将显著增加。我们的发现强有力地表明，量子力学效应如 Friedel 振荡也可在结构材料中产生显著影响。对 Fe-Cu 界面进行准确认识对于设计高级高强度钢材至关重要。