高熵合金（HEA）是由四種、五種或更多種不同元素組成的復雜金屬合金。這種結構導致體系具有較高的混合熵，有利于在較高溫度下形成無序固溶體，因此焓值在確定其組成、相和長程序（LRO）方面起著關鍵作用。而當HEA經歷元素分離、沉淀和化學排序時，會出現大量的無序現象，但就短程有序（SRO）是否存在、有何性質來說，仍不能確定。

來自美國密蘇里大學堪薩斯城分校物理與天文學系的Wai-Yim Ching領導的團隊，介紹了電子結構、原子間成鍵、總鍵序密度(TBOD)和局部鍵序密度(PBOD)的應用，以解決對HEAs形成理論的基本理解及其潛在應用的挑戰。他們通過使用先進的大型超胞建模方法研究了13種生物仿生設計的HEAs的電子結構、原子間鍵合和機械性能，得到了許多對新的和深入的結果，對生物相容性HEAs的發展和應用至關重要。他們指出，使用TBOD和PBOD作為評價多組分合金基本性能的關鍵指標時，具有獨特的優勢：即使不考慮HEA的原子組成、成分和大小，它們都可以直接相互比較。此外，單胞中包含有每對原子間的鍵合信息，并將單胞作體積歸一化處理后，該方法就可直接拓展應用到其它材料體系。這一特性與其他基于基態能量的焓值計算方法有很大不同，對于不同組成的多組分HEAs，基于基態能量的焓值計算方法是非常繁瑣和費時的。而該方法巧妙利用了鍵序密度，在保證計算精度的情況下，大幅壓縮了計算成本。 該文近期發表于npj Computational Materials6:45 (2020)，英文標題與摘要如下，。

Fundamental electronic structure and multiatomic bonding in 13 biocompatible high-entropy alloys

Wai-Yim Ching, Saro San, Jamieson Brechtl, Ridwan Sakidja, Miqin Zhang & Peter K. Liaw

High-entropy alloys (HEAs) have attracted great attention due to their many unique properties and potential applications. The nature of interatomic interactions in this unique class of complex multicomponent alloys is not fully developed or understood. We report a theoretical modeling technique to enable in-depth analysis of their electronic structures and interatomic bonding, and predict HEA properties based on the use of the quantum mechanical metrics, the total bond order density (TBOD) and the partial bond order density (PBOD). Application to 13 biocompatible multicomponent HEAs yields many new and insightful results, including the inadequacy of using the valence electron count, quantification of large lattice distortion, validation of mechanical properties with experiment data, modeling porosity to reduce Young’s modulus. This work outlines a road map for the rational design of HEAs for biomedical applications.

責任編輯：xj

原文標題：npj: 生物相容性高熵合金—電子結構和多原子鍵合

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