高熵合金短程有序现象的预测及其对结构的电子、磁性、力学性质的影响

作者：任县利; 张伟伟; 伍晓勇; 吴璐; 王月霞^*

来源：Acta Physica Sinica, 2020, 69(04): 172-183.

• 第一性原理计算
• 蒙特卡洛方法
• 短程有序结构
• 高熵合金

如何有效预测高熵合金的稳态结构,是开展研究其物理及化学等性能的基础.以Fe Cu Cr Mn Mo合金为例,在有限晶胞尺寸内,采用蒙特卡洛结合密度泛函理论杂化计算方法 (Monte Carlo/density functional theory, MC/DFT)预测高熵合金的平衡态结构.与准随机近似方法 (special quasirandom structures, SQS)不同,该方法不再追求高熵合金结构的理想随机状态,而是充分考虑合金中原子尺寸、混合焓、原子间相互作用等物理因素.通过第一性原理计算体系能量来实现,使得蒙特卡洛(Monte Carlo, MC)方法保证结构在原子交换过程中体系能量逐渐收敛于平衡态.最终预测得到的平衡态结构出现Cu原子的短程有序现象(short range order, SRO)与实验上合金中的Cu偏析现象相一致.相较于由SQS方法获得的随机状态,该SRO结构在能量上更加稳定.同时本文对稳态结构通过序参数及径向分布函数进行表征,并对SRO现象的出现进行物理解释,进一步揭示了SRO的出现对高熵合金结构性质的影响.

• 单位
  中国核动力研究设计院; 复旦大学