Electronic effects on the radiation damage in high-entropy alloys

材料科学 声子 热传导 电子 电子结构 凝聚态物理 联轴节(管道) 热导率 化学物理 原子物理学 物理 量子力学 复合材料 冶金
作者
Okan K. Orhan,Mohamed Hendy,Mauricio Ponga
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier]
卷期号:244: 118511-118511 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2022.118511
摘要

High-entropy alloys (HEAs) are exceptional candidates for radiation-resistant materials due to their complex local chemical environment and slow defect migration. Despite commonly overlooked, electronic effects on defects evolution in radiation environments also play a crucial role by dissipating excess energy through electron-phonon coupling and electronic heat conduction during cascade events. We present a systematic study on electronic properties in random-solid solutions (RSS) in four and five principal elements HEAs and their effect on defect formation, clustering, and recombination. Electronic properties, including electron-phonon coupling factor, the electronic specific heat, and the electronic thermal conductivity, are computed within first-principles calculations. Using the two-temperature molecular dynamics simulations, we show that the electron-phonon coupling factor and electronic specific heat play a critical role in Frenkel pairs formation. Specifically, the electron-phonon coupling factor quickly dissipates the kinetic energy during primary knock-on atom events via plasmon excitations and is subsequently dissipated via the free-electrons conduction. We show that these effects are more critical than the elastic distortion effects produced by the atomic mismatch. Of tremendous interest, we show that including lighter elements helps to increase the electron-phonon coupling factor, suggesting the possibility to improve radiation resistance in HEA through optimal composition.
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