Sitemap: http://www.xjywuxian.com/sitemap.xml
新聞動(dòng)態(tài)
·科研動(dòng)態(tài)
·綜合新聞
·學(xué)術(shù)活動(dòng)
·媒體聚焦
·通知公告
您現在的位置:首頁(yè) > 新聞動(dòng)態(tài) > 科研動(dòng)態(tài)
亞氧化鈦超快可逆固固相變機制研究取得重要進(jìn)展
 
2024-04-12 | 文章來(lái)源:材料設計與計算研究部        【 】【打印】【關(guān)閉

固固相變作為一種重要的物質(zhì)行為,普遍存在于自然界中,如石墨-金剛石相變、鋼的馬氏體轉變、陶瓷相變、電荷密度波相變等。通常,固固相變可分為兩種類(lèi)型:一類(lèi)是位移型(馬氏體)相變,通過(guò)原子的短程位移而發(fā)生結構演變進(jìn)而實(shí)現相變;另一類(lèi)是重構型相變,伴隨化學(xué)鍵的斷裂和重構,在相變臨界點(diǎn)處表現出大的潛熱和熱滯現象。

與位移型固固相變相比,重構型相變因化學(xué)鍵斷裂而需要克服較大的自由能勢壘,常表現出緩慢的相變動(dòng)力學(xué)。亞氧化鈦Ti3O5的β相與λ相之間的轉變是一種典型的一階重構型固固相變,然而卻表現出反常的超快可逆動(dòng)力學(xué)特性。相變過(guò)程可通過(guò)施加壓力—熱、壓力—光以及壓力—電流等外部條件實(shí)現超快可逆調控,有望在光學(xué)存儲、能量存儲和傳感器等領(lǐng)域獲得應用。但是,現有的實(shí)驗技術(shù)因缺乏足夠的空間和時(shí)間分辨率,很難捕捉到超快相變過(guò)程中的演化信息,而原子尺度模擬固固相變則需要大體系(超萬(wàn)原子數)、長(cháng)時(shí)間尺度(納秒級別)動(dòng)力學(xué)的精確描述。

中國科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國家研究中心材料設計與計算研究部機器學(xué)習團隊與西北工業(yè)大學(xué)、東北大學(xué)以及奧地利維也納大學(xué)研究者合作,發(fā)展了動(dòng)態(tài)主動(dòng)機器學(xué)習及矩張量勢函數模型,結合先進(jìn)增強采樣技術(shù),為亞氧化鈦Ti3O5體系成功開(kāi)發(fā)了精度與效率兼顧的矩張量機器學(xué)習勢,既保持了傳統經(jīng)驗力場(chǎng)高的計算效率,又兼具第一性原理高的計算精度。研究人員基于該機器學(xué)習勢,計算獲得了與實(shí)驗相符的溫度-壓力相圖;通過(guò)大規模、長(cháng)時(shí)間尺度的原子模擬,揭示了亞氧化鈦Ti3O5的β相至λ相的獨特逐層相變機制,即先在ab平面內二維形核并生長(cháng),然后由應變驅動(dòng)發(fā)生沿c軸逐層轉變。這種面內形核、借助亞穩中間相的逐層面外擴展的多步相變動(dòng)力學(xué)機制顯著(zhù)降低了β?λ轉變的相變能壘,是亞氧化鈦Ti3O5超快、可逆相變的關(guān)鍵。

相關(guān)結果以“Layer-by-layer phase transformation in Ti3O5 revealed by machine-learning molecular dynamics simulations”為題,于4月9日發(fā)表在Nature Communications期刊上【Nature Communications 15,3079 (2024)】。金屬所劉鳴鳳特別研究助理和王建韜博士研究生與西北工業(yè)大學(xué)胡俊偉博士研究生為共同第一作者;金屬所劉培濤研究員和西工大牛海洋教授為共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金基礎科學(xué)中心項目、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、中國科學(xué)院R&D項目和院級人才項目的資助。

全文鏈接


圖1. 機器學(xué)習勢開(kāi)發(fā)及基于巨分子動(dòng)力學(xué)的亞氧化鈦相變模擬

圖2. 亞氧化鈦相變勢能面和相變亞穩中間相

圖3. 亞氧化鈦β-λ相變的大尺度原子模擬揭示的逐層轉變機制


圖4. 亞氧化鈦β?λ相變面內形核和長(cháng)大的動(dòng)力學(xué)機制


文檔附件

相關(guān)信息
聯(lián)系我們 | 友情鏈接
地址: 沈陽(yáng)市沈河區文化路72號 郵編: 110016
中國科學(xué)院金屬研究所 版權所有 遼ICP備05005387號-1

官方微博

官方微信