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陳龍青的研究方向

陳龍慶教授的主要研究方向是發展預測先進工程材料微觀結構演化的相場方法和多尺度計算模型。他為各種相變動力學和材料處理過程創建了壹系列新穎的相場模型和多尺度計算模型,包括晶粒生長、* *晶格沈澱、鐵電疇形成、晶粒粗化、薄膜中的疇結構演化、存在結構缺陷時的相變、強彈性非均質系統中的微結構演化、磁疇結構和鐵磁馬氏體相變。

陳龍慶的研究建立了第壹個基於相場法的晶粒生長模型。利用這個模型,陳隆慶和他的合作者研究了晶粒生長的動力學和拓撲結構。基於計算機模擬,他們表明晶粒生長的相關性是關鍵因素,從而揭示了分析晶粒生長模型中長期存在的缺陷。許多其他研究小組現在使用這個模型來研究各種系統中的晶粒生長動力學。陳龍慶研究組還將他們的模型擴展到多相體系,例如,用壹個統壹的模型研究晶粒生長和奧斯瓦爾德熟化。使用多相晶粒生長模型,他們能夠在世界上首次系統地研究具有高成熟階段百分比的兩相系統中的奧斯瓦爾德成熟過程。這成為美國國家自然科學基金會資助的世界材料網絡項目和計算材料設計中心兩個項目的基礎。陳龍慶研究組還是單晶材料和有襯底限制的薄膜中鐵電疇的相場模擬的先驅。它們可用於定量預測鐵電相變溫度和疇結構對襯底晶格常數和薄膜取向的依賴性。在與實驗科學家的合作下,這些模型被用於為分子束外延和脈沖激光沈積提供指導,並獲得了令人驚訝的性質。他們與賓夕法尼亞州立大學Schlom研究組及其他合作者的合作產生了壹個新的發現:襯底限制可以導致SrTiO3 _ 3薄膜的室溫鐵電性,在沒有襯底限制應力的情況下,SrTiO 3 _ 3薄膜在室溫下是非鐵電的。研究發現,堿基約束極大地改變了系統的相圖,甚至導致新相的形成。

找出矯頑場(使凈極化強度為零的外電場大小)的影響因素,是鐵電學中長期存在的問題。陳龍慶研究組最近在鐵電疇反轉特性方面的壹系列工作,揭示了實驗中觀察到的矯頑場往往比以前理論預測的要小得多這壹現象的根本原因。該研究組的理論預測也為他在加州大學伯克利分校的實驗合作者提供了指導,幫助他們了解磁疇的穩定性因素,並大大提高了BiFeO3材料用於存儲器件中磁疇的穩定性。

他們還將鐵電薄膜的工作擴展到多鐵性系統,這涉及到兩個或多個非常有趣的鐵磁相變之間的耦合。這些材料在制作新型存儲器件方面具有潛在的應用前景。

陳龍清和他的合作者提出了幾個多尺度計算模型,將第壹性原理、CALPHAD數據庫和微觀結構演化的相場模擬相結合,構建了用於合金設計的科學和工程計算工具。例如,他們展示了應該如何結合三種最先進的技術來建立原子尺度和微觀結構之間的橋梁:(1)第壹性原理計算,(2)混合空間團簇近似,(3)擴散界面相場模型。最近,他們提出了壹種方法,使人們能夠直接從第壹性原理計算中預測* * *晶格沈澱相的形貌。這涉及第壹性原理計算、混合空間聚類和蒙特卡羅模擬。在沒有任何預先假設的情況下,他們預測了Al-Cu合金中由應變誘導的長程相互作用控制的壹般沈澱形態。用三維相場模型和CALPHAD近似研究了Ni-Al二元合金中γ析出相的粗化動力學。該綜合模型可以定量預測析出物的形貌演變、平均尺寸以及尺寸分布隨時間和成分的變化。這些多尺度概念是美國國家航空航天局和自然科學基金的壹個主要研究項目的主要思想。