【摘要】 系统地研究了ω结构中C原子可能的间隙位置，发现八面体位置是其中最有利的间隙位置。

通过详细的透射电子显微镜观察，最近在钢中报道了ω结构的纳米尺寸畴，即Fe-C基合金。这促使我们研究钢中ω结构的稳定性。强调ω结构在金属体系中BCC与FCC结构相互转化中的重要性。

 

多哥和田中开发了一个搜索算法的转换途径的基础上，系统的第一原则计算集和揭示ω结构位于转换途径之间的BCC和FCC结构。

 

Ikeda等人提出，压力诱导的高温下BCC和FCCFe之间的相变沿着这条转变途径发生。本文作者最近对过渡元素ω结构进行了系统的研究。发现具有反平行磁矩(+-磁态)的ωFe元素在所研究的磁态中能量最低，并且具有动态稳定性。

 

然而，+-ωFe的能量比铁磁性(FM)BCCFe高170meV/原子。这意味着ωFe元素很难形成。然而，在实验中，在钢中观察到纳米尺寸ω结构。铁元素和钢之间最大的区别可能是C原子的存在，但是对于C原子对钢中ω结构稳定性的影响知之甚少。

 

根据第一性原理研究了钢中ω结构的稳定性，特别感兴趣的是间隙碳原子的影响。将ω结构的能量与FMbCC结构的能量进行了比较，并基于超单胞模型Γ点的稳定性频率分析了其动力学声子。

 

图1。(a)ωFe24C1模型的结构，其中C原子位于八面体中心。(b)碳原子位于八面体位点的BCCFe24C1模型的结构。金球代表铁原子，八面体内的灰球代表C原子。A1和a3表示模型的两个格向量。可视化是使用VESTA代码执行的。

 

系统地研究了ω结构中C原子可能的间隙位置，发现八面体位置是其中最有利的间隙位置。C原子位于八面体中心的+-ωFenC1，是四面体中能量最低的磁性态。而FMωFenC1在这个浓度以上是最低的。

 

图2。ωFenC1模型的计算能量，其中C原子位于八面体位置，相对于C的浓度。该能量相对于FMBCCFenC1模型（其中C原子处于八面体位点）的能量。线条是眼睛的向导。请注意，++−ω结构的能量不能在4at.%C以上获得，因为优化结构的磁态在结构优化过程中被破坏。

 

即使当C原子并入ω结构时，它在热力学上也不如FMBCC有利。此外，FM和+-ω结构一旦与C原子结合，除非C浓度为25，否则它们是动态不稳定的。%.这些结果表明，间隙C原子破坏了Fe-C合金ω结构的稳定性。

 

研究结果表明，Fe-C合金中ω结构基本上是不稳定的，即使作为亚稳态也不能存在。实验中观察到的钢的ω结构可以在特殊的原子约束下在双晶界或其他界面上稳定下来。

 

1.Yuji Ikeda, Isao Tanaka, ωstructure in steel: A first-principles study, Journal of Alloys and Compounds, Volume 684, 2016, Pages 624-627, ISSN 0925-8388, https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.05.211.

 

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