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Plastic deformation in nanotwinned copper mediated by source mechanisms based on Frank dislocations

Liu, D. 1; Weygand, D. ORCID iD icon 2; Li, J. 3; Kirchlechner, C. 4; Gumbsch, P. 5
1 Institut für Angewandte Materialien (IAM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Angewandte Materialien – Computational Materials Science (IAM-CMS), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffkunde (IAM-WK), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
4 Institut für Angewandte Materialien – Werkstoff- und Grenzflächenmechanik (IAM-MMI), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
5 Institut für Angewandte Materialien – Zuverlässigkeit und Mikrostruktur (IAM-ZM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Frank partial dislocations are common defects at twin boundaries that can be found at annealing twins or formed by dislocation-twin boundary interactions. These sessile twin boundary dislocations favor dislocation emission from twin boundaries as reported in literature, to explain reduced pop-in stresses during nano-indentation in Cu near a twin boundary. This study presents molecular dynamics simulation results for Cu samples, containing a twin boundary with an initial Frank partial dislocation dipole. The postulated nucleation of a 60° lattice dislocation from dissociated Frank partial dislocations at twin boundary is confirmed and its energetics is discussed. Two cooperative transmission & reflection mechanisms triggered by the interaction of 60° lattice dislocations and twin boundaries are identified. For a single 60° lattice dislocation captured within a twin lamella a new stable dislocation source mechanism is uncovered, emitting screw dislocations to both sides of the lamella. The source relies on the cooperative transmission & reflection mechanisms, occurring on both twin boundaries forming the lamella. This new stable source mechanism could contribute to explain extended plastic deformation in nanotwinned materials.


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000193875
Veröffentlicht am 05.06.2026
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1016/j.msea.2026.150362
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte Materialien – Computational Materials Science (IAM-CMS)
Institut für Angewandte Materialien (IAM)
Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffkunde (IAM-WK)
Institut für Angewandte Materialien – Werkstoff- und Grenzflächenmechanik (IAM-MMI)
Institut für Angewandte Materialien – Zuverlässigkeit und Mikrostruktur (IAM-ZM)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsmonat/-jahr 09.2026
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 0921-5093
KITopen-ID: 1000193875
Erschienen in Materials Science and Engineering: A
Verlag Elsevier
Band 971
Seiten Art.Nr: 150362
Schlagwörter Frank dislocation at twin boundary, Nanotwins, Dislocation source mechanism, Molecular dynamics simulations
Nachgewiesen in OpenAlex
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