在浓固溶体合金中，利用自适应加速分子动力学研究空位聚集过程中的空位抑制现象

《npj Computational Materials》：Void suppression during vacancy aggregation in concentrated solid solution alloys using self-adaptive accelerated molecular dynamics

　　

摘要

辐照引起的空洞膨胀是核应用中结构材料微观结构退化的主要原因。尽管基于镍的浓固溶体合金（CSAs）具有优异的抗膨胀性能，但化学复杂性如何通过空位介导的机制改变材料的长期演化过程并抑制类似空洞结构的形成，目前仍不清楚。在此，我们首次采用自适应加速分子动力学方法来模拟实验相关时间下的空位扩散、聚集、团簇解离及结构转变过程。对纯镍及五种基于镍的CSAs的模拟结果显示，这些材料的抗膨胀机制存在显著的元素依赖性。具体而言，钴通过降低空位团簇的迁移率和扩散范围来限制空洞的生长；而铁、铬和锰则降低了迁移障碍，促进了空位的快速扩散，同时使小团簇变得不稳定，并促使大团簇向含有弗兰克环（Frank loops）和堆垛错位四面体（stacking fault tetrahedra）等缺陷的结构转变。这些受化学因素调控的扩散路径解释了CSAs为何具有卓越的抗膨胀性能，并为设计耐辐射结构材料提供了理论基础。