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A vast number of materials properties and phenomena are regulated by diffusion. However, diffusion coefficients from experiments and calculations are far from complete. Here, we report a compilation of vacancy formation energies (  ), vacancy...

这段文字是关于材料科学领域的一项研究,重点是扩散现象及其调控的关键参数。以下是主要内容的简要总结:

  1. 研究目的:本研究旨在汇总和分析82种纯元素在体心立方(bcc)、面心立方(fcc)和六方密堆积(hcp)结构中的空位形成能、迁移能、激活能、空位浓度以及空位介导的自扩散系数。

  2. 计算方法:采用了第一性原理计算,通过四种交换-相关功能来评估计算的准确性,包括局部密度近似(LDA)、两种广义梯度近似(PW91和PBE),以及PBEsol。这项工作特别关注于PBEsol。

  3. 温度依赖性:为了获得温度依赖的扩散属性,使用了攀登图像拉伸弹性带法进行过渡态结构搜索,同时通过能量与体积的状态方程估算每个元素各结构所需的平衡性质(能量E0、体积V0、体积模量B0及其压力导数B’)。

  4. 研究发现

    • PBEsol在获取准确的平衡和扩散性质方面表现更佳。
    • 空位迁移能力可以通过电荷密度的重新分布来理解,并且对于hcp相中的某些元素(如Ce, La, Pr, Ti, Zr)发现了异常的能量路径。
    • 激活能与熔点之间存在新的关系,表明扩散性受原子间键合强度的支配。
    • 计算出的各种性质与实验结果大致一致,但在与熵相关的属性上有所欠缺。
  5. 意义:该研究不仅提供了关于纯元素扩散相关特性的基础数据,还为材料基因组倡议提供了基准数据和基础数据集。

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