Abstract In this present work, we systematically studied the properties of metastable Al3Ti/Al (L12-Al3Ti/Al) low-index coherent interface, including structure stability, fracture behavior, plasticity, stacking fault energy, electron structure, and density of states by first-principles calculation. The results of the rigid scheme indicated that the strongest interfaces of L12-Al3Ti(001)/Al(001), L12-Al3Ti(110)/Al(110), and L12-Al3Ti(111)/Al(111) were stacked similarly to bulk L12-Al3Ti or Al, and the work of adhesion (Wad) of 2.78, 2.81, and 1.83 J/m2, respectively. In the rigid scheme, the theoretical tensile strength for L12-Al3Ti(001)/Al(001), L12-Al3Ti(110)/Al(110), and L12-Al3Ti(111)/Al(111) interfaces were 15.30, 14.23 and 12.39Gpa, respectively. We simulated the fracture behavior by the full-relaxed scheme, and tensile stresses are 10.65, 10.10, and 8.27 GPa for L12-Al3Ti(001)/Al(001), L12-Al3Ti(110)/Al(110), and L12-Al3Ti(111)/Al(111) interfaces, respectively. Furthermore, our findings revealed that the interfaces were prone to break on the Al side in the full-relaxed stretching scheme, which was closer to reality. Moreover, the partial density of states (PDOS) indicated that s-p-d hybridization orbitals formed among the Al and Ti atoms. Finally, unstable stacking fault energy and Rice ratio indicated that the L12-Al3Ti(001)/Al(001), L12-Al3Ti(110)/Al(110) interfaces had good plasticity to some extent. However, it can start slipping in direction with D = 3.02 and turn into another direction after μ/b = 0.11.

中文翻译：

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L12-Al3Ti/Al界面热力学和力学性能的综合DFT研究

摘要 在目前的工作中，我们系统地研究了亚稳态 Al3Ti/Al (L12-Al3Ti/Al) 低指数相干界面的性质，包括结构稳定性、断裂行为、塑性、层错能、电子结构和态密度。第一性原理计算。刚性方案的结果表明，L12-Al3Ti(001)/Al(001)、L12-Al3Ti(110)/Al(110)和L12-Al3Ti(111)/Al(111)的最强界面是堆叠的与大块 L12-Al3Ti 或 Al 相似，粘附功 (Wad) 分别为 2.78、2.81 和 1.83 J/m2。在刚性方案中，L12-Al3Ti(001)/Al(001)、L12-Al3Ti(110)/Al(110) 和 L12-Al3Ti(111)/Al(111) 界面的理论拉伸强度为 15.30，分别为 14.23 和 12.39Gpa。我们通过完全松弛方案模拟了断裂行为，拉伸应力为 10.65，L12-Al3Ti(001)/Al(001)、L12-Al3Ti(110)/Al(110) 和 L12-Al3Ti(111)/Al(111) 界面分别为 10.10 和 8.27 GPa。此外，我们的研究结果表明，在完全松弛的拉伸方案中，Al 侧的界面容易断裂，这更接近现实。此外，部分态密度（PDOS）表明在 Al 和 Ti 原子之间形成了 spd 杂化轨道。最后，不稳定的堆垛层错能和莱斯比表明L12-Al3Ti(001)/Al(001)、L12-Al3Ti(110)/Al(110)界面在一定程度上具有良好的塑性。然而，它可以开始向 D = 3.02 的方向滑动，并在 μ/b = 0.11 后转向另一个方向。我们的研究结果表明，在完全松弛的拉伸方案中，Al 侧的界面容易断裂，这更接近现实。此外，部分态密度（PDOS）表明在 Al 和 Ti 原子之间形成了 spd 杂化轨道。最后，不稳定的堆垛层错能和莱斯比表明L12-Al3Ti(001)/Al(001)、L12-Al3Ti(110)/Al(110)界面在一定程度上具有良好的塑性。然而，它可以开始向 D = 3.02 的方向滑动，并在 μ/b = 0.11 后转向另一个方向。我们的研究结果表明，在完全松弛的拉伸方案中，Al 侧的界面容易断裂，这更接近现实。此外，部分态密度（PDOS）表明在 Al 和 Ti 原子之间形成了 spd 杂化轨道。最后，不稳定的堆垛层错能和莱斯比表明L12-Al3Ti(001)/Al(001)、L12-Al3Ti(110)/Al(110)界面在一定程度上具有良好的塑性。然而，它可以开始向 D = 3.02 的方向滑动，并在 μ/b = 0.11 后转向另一个方向。不稳定的堆垛层错能和莱斯比表明L12-Al3Ti(001)/Al(001)、L12-Al3Ti(110)/Al(110)界面在一定程度上具有良好的塑性。然而，它可以开始向 D = 3.02 的方向滑动，并在 μ/b = 0.11 后转向另一个方向。不稳定的堆垛层错能和莱斯比表明L12-Al3Ti(001)/Al(001)、L12-Al3Ti(110)/Al(110)界面在一定程度上具有良好的塑性。然而，它可以开始向 D = 3.02 的方向滑动，并在 μ/b = 0.11 后转向另一个方向。