Migration of Mg and other interstitial metal dopants in GaN
采用密度泛函方法研究了Mg在纤锌矿GAN中的最小能量迁移路径。该研究还包括Li，Na和Be掺杂剂，以检查对掺杂剂种类的大小和电荷的依赖性。在所有考虑的情况下，杂质像离子一样扩散，没有任何局部电荷的趋势。Li、Mg和一定程度的Na在GAN中几乎各向同性地扩散，平均扩散势垒分别为1.1、2.1和2.5 eV。相反，被显示出显着的各向异性与能量势垒为0.76和1.88 eV的扩散路径垂直和平行于c轴。扩散势垒一般随离子电荷和离子半径的增加而增加，但它们之间的相互作用并不是微不足道的。计算的迁移势垒镁是一致的，在最近的β-发射通道实验中估计的值。
2017-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of the migration of intrinsic defects in 3C-SiC
采用基于密度泛函理论的从头算方法研究了3C-SiC中本征缺陷的扩散。空位迁移到自己的子晶格。碳分裂间隙和两个相关的硅间隙，即四面体碳协调间隙和<110>定向分裂间隙，被发现是远比空位更流动。在p型和补偿材料中转变成空位-反位复合物的硅空位的亚稳性在动力学上抑制其对扩散过程的贡献。分析了杂质和空位在自扩散中的作用。定性地讨论了掺杂剂扩散的后果。我们的分析强调了基于硅和碳材料的机制的相关性。
2003-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Multistability of interstitial magnesium and its carrier recombined migration in gallium nitride
Institute of Materials and Systems for Sustainability, Nagoya University（名古屋大学材料系统可持续研究所）；Quemix Inc.（Quemix公司）；Department of Physics, The University of Tokyo（东京大学物理学系）；Center for Innovative Integrated Electronic Systems, Tohoku University（东北大学创新集成电子系统中心）；Graduate School of Engineering, Nagoya University（名古屋大学大学院工学研究科）
本文通过密度泛函理论计算揭示了GaN中间隙镁的复合增强迁移机制，发现载流子捕获可显著降低迁移势垒，从而加速镁的扩散。
2025-10-24 cond-mat.mtrl-sci
On the fraction-dimension migration of self-interstitials in zirconium
利用分子动力学模拟研究了锆中的自间隙迁移。通过定义晶格点，即多个原子落在晶格点的Wigner-Seitz晶胞中的晶格点，确定了间隙原子（LSIA）的位置，确定了LSIA迁移的三种类型：保持在一个方向上的跳跃<112_0>（ILJ）、在同一基面上从一个方向<112_0>到另<112_0>一个方向的跳跃（OLJ）和从一个基面到相邻基面的跳跃（OPJ）。计算了三种类型的发生频率。在300 ~ 1200 K温度范围内，ILJ是主导事件，而OLJ和OPJ的发生频率随温度的升高而增加。虽然这三种跳跃可能不遵循布朗和阿克里乌斯行为，但总的来说，LSIAs的迁移倾向于布朗型。此外，在HCP基面的LSA的迁移轨迹是不是观察到的，如果只有传统的一维或二维迁移存在，而是，他们表现出的功能，我们称之为分数维。也就是说，轨迹由<112_0>线段的平均长度随温度变化的方向上的线段组成。使用MC模拟，分数维迁移的潜在动力学影响，测量每个跳跃事件n_SPE访问的晶格位点的平均数进行了分析。分数维迁移的n_SPE值与传统的一维和二维迁移的n_SPE值之间的显著差异表明，传统的扩散系数不能反映分数维迁移的特征，不能准确描述Zr中SIA的基本动力学。
2015-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Migration of helium-pair in metals
了解氦在聚变反应堆中面向等离子体或结构材料中的积累，从揭示单个和成对氦原子迁移的细节开始。本文用第一性原理密度泛函理论研究了单个间隙He原子和间隙He对在bcc（Fe，Mo，W）和fcc（Cu，Pd，Pt）金属中的迁移.通过确定最稳定的配置的间隙氦对在每个金属和分解成旋转，平移和旋转平移例程的运动，我们能够确定其迁移障碍和轨迹。我们的第一性原理计算表明，相对稳定的He对组态决定了迁移轨道和势垒，而相对稳定的He对组态主要取决于单个He在不同间隙中的稳定性.与文献中报道的原子研究相反，体心立方Fe、Mo和W中的迁移势垒分别为0.07、0.07和0.08 eV，总是略高于单个间隙He（所有三个均为0.06 eV）。面心立方金属中He原子对的相互作用要复杂得多，这是由于单个He原子的不同间隙位置的稳定性接近。在Cu和Pd中，He对的迁移通过每次将一个He从一个四面体站点移动到相邻的八面体站点来进行;而在Pt中，两个He同时移动，因为桥间隙站点呈现出极低的势垒。对于Cu、Pd和Pt，He对的迁移势垒分别为0.05、0.15和0.04 eV，略低于（在Cu中）或类似于（在Pd和Pt中）单个He，其分别为0.08、0.15和0.03 eV。金属中强的He-He相互作用保证了He对的缔合运动，这种相互作用具有化学键的性质，可以用Morse势很好地描述。
2015-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Interstitial diffusion of arsenic in silicon
利用非平衡杂质间隙种的长程间隙迁移机制模拟了离子注入过程中砷的再分布。一个很好的协议的计算砷浓度分布与实验数据允许一个假设，非平衡砷间隙原子的迁移，使热砷扩散的低浓度区域的形成作出了重大贡献。在此假设的框架内计算的砷浓度分布的温度为1050摄氏度与实验一致。已经获得了描述在1050和1108摄氏度下砷扩散的一些参数。
2015-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Tracing Ion Migration in Halide Perovskites with Machine Learned Force Fields
针对卤化物钙钛矿器件中带电缺陷迁移引发的性能问题，研究以CsPbI₃为对象训练机器学习力场，模拟不同电荷态卤化物缺陷的扩散特性，明确了各类缺陷的迁移速率差异。
2025-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Occupation and diffusion of interstitial solutes in dilute alloys in perspective of the Gauss Legendre three square theorem
本文以C、N、O在稀铁合金中的扩散为例，借助高斯-勒让德三平方定理将间隙溶质等效占位多面体分为7类，并利用Wythoffian操作描述迁移路径，结果可推广到其他低浓度置换溶质材料中的空位与间隙原子扩散。
2024-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Understanding and Design of Interstitial Oxygen Conductors
本文系统综述了间隙氧导体的结构特征、低迁移势垒扩散机制及从掺杂筛选到数据驱动发现的设计策略演变，并提出知识驱动与数据驱动相结合的方法以探索传统范式之外的新型高性能间隙氧导体。
2025-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Location and migration of interstitial Li ions in CsPbI$_3$ crystals
University of Freiburg（弗赖堡大学）；Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM（弗劳恩霍夫材料力学研究所）；Freiburg Center for Interactive Materials and Bioinspired Technologies（弗赖堡互动材料与仿生技术中心）；Freiburg Materials Research Center（弗赖堡材料研究中心）
本研究以CsPbI$_3$为原型，通过密度泛函理论计算发现其晶体中Li离子的间隙位置与迁移依赖结构动态特性，两种结构极限下均存在中等迁移能垒，证明卤化物钙钛矿有望用于一体化光电池器件。
2024-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary segregation of interstitial and substitutional impurity atoms in alpha-iron
多晶材料的宏观行为受到由杂质和缺陷的存在引起的局部性质变化的影响。这些杂质在原子尺度上的影响可以使内部的晶界脆化或强化。因此，必须了解与偏析相关的能量学，以设计具有理想性能的材料。在这里，采用分子静力学模拟来分析与各种元素（He、H、C、P和V）向α-Fe中的四个<100>（Sigma 5和13 GB）和六<110>个（Sigma 3、9和11 GB）对称倾斜晶界的偏析相关的能量学。这些知识对于在恶劣环境中设计稳定的接口非常重要。模拟结果表明，在GB区域内的本地原子排列和由此产生的结构单元的杂质（间隙和替代）原子的结合能的大小有显着的影响。这一数据还表明，在边界内的能量的站点到站点的变化是相当大的。比较所有10个边界的结合能表明，σ 3（112）边界具有小得多的结合能的所有间隙和替代杂质原子在这里检查的边界。此外，基于Rice-Wang模型，我们的总能量计算表明，V对Fe晶界凝聚力有显着的有利影响，而P对晶界凝聚力有不利影响，比H和He弱得多。这对于极端环境损伤产生晶格缺陷和晶界作为间隙和替代杂质原子的汇的应用是重要的。这种方法为我们提供了一个工具，以有效地识别本地以及全球的隔离行为，可以影响GB的凝聚力。
2013-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Simulation of ion-implanted boron redistribution under different conditions of the transient enhanced diffusion suppression
杂质扩散模拟表明，在800^{ \circ }C及以下的退火温度下，离子注入硼的再分布是由非平衡杂质的长程迁移决定的，与瞬态增强扩散抑制方法无关。已确定的相对数量的杂质原子，这是被转移到瞬态间隙的位置，和时间平均迁移长度的非平衡硼杂质已获得。
2011-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Accelerated atomistic simulation study on the stability and mobility of carbon tri-interstitial cluster in cubic SiC
采用动力学活化弛豫技术结合经验势和基于从头算的爬像轻推弹性带方法，对立方SiC中最稳定的碳三间隙团簇的迁移和旋转路径进行了广泛的研究.我们的研究揭示了最稳定的集群迁移，旋转和解离的最低能量障碍的路径。基于计算的跃迁势垒，讨论了最稳定团簇的动力学性质，包括它的迁移率、不同温度下的旋转行为以及对高温退火的稳定性。除了基本的见解，我们的研究提供了一种方法，用于调查技术上重要的材料中的其他扩展缺陷。
2016-08-03 cond-mat.mtrl-sci
On concentration dependence of arsenic diffusivity
分析了用于模拟砷在硅中热扩散的方程。结果表明，对于由空位-杂质对和杂质原子与中性电荷状态下的硅自发光相互作用形成的杂质对控制的砷扩散过程，可以用考虑了砷原子与空位和硅自发光相互作用产生的两种杂质流的具有单一有效扩散系数的Fick第二定律方程来描述，分别砷浓度分布的计算与使用的有效扩散系数与实验数据吻合得很好，如果最大杂质浓度是本征载流子浓度附近。另一方面，对于较高的杂质浓度，观察到砷分布的局部区域中的一定偏差。与实验的差异可能是由于不正确地使用有效扩散率来描述两种不同的杂质流，或者由于在重掺杂硅层中形成不均匀分布的中性空位和中性自致发光。
2015-04-25 cond-mat.mtrl-sci
A first-principles investigation of the diffusivities of oxygen and oxygen defects in ThO$_2$
School of Nuclear Engineering, Purdue University（普渡大学核工程学院）；School of Materials Engineering, Purdue University（普渡大学材料工程学院）
本文基于密度泛函理论和声子模拟研究ThO$_2$中氧空位与间隙缺陷的迁移能垒、尝试频率及扩散系数，揭示了不同温度、氧压和化学计量比下主导氧扩散的缺陷机制。
2025-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Factors controlling oxygen interstitial diffusion in the Ruddlesden-Popper oxide La2-xSrxNiO4+delta
Ruddlesden-Popper（RP）氧化物作为氧交换和传输材料的发展将受益于对氧如何通过这些材料传输的机理的理解。使用密度泛函理论，我们发现有两种不同的氧间隙扩散机制，涉及两种不同的氧间隙物种，可以在La 2-xSrxNiO 4 + δ，我们相信，在超化学计量RP氧化物一般是活跃的。第一种机制是先前提出的扩散氧化物介导的机制，其由扩散氧化物介导的机制组成。第二种机制是新发现的，在这项工作中，由氧化物和过氧化物间隙物种。这种机制表现出类似的或可能低于高氧化态的迁移势垒比的双金属性机制。氧化物间隙和过氧化物间隙之间的相对稳定性的变化是导致氧间隙扩散的机制。氧化物和过氧化物的稳定性以及两种氧扩散机制之间的竞争对系统的总体氧化状态敏感。因此，氧扩散机制是材料组成、氧非化学计量、操作温度和氧分压的函数。我们还研究了外延应变对两种氧扩散机制的影响，并发现高达2%的拉伸和压缩外延应变对氧间隙形成、迁移和活化能的影响小于100 meV/（%应变），并且对于-2%至+2%的外延应变，总可实现的活化能降低可能小于100 meV。间隙氧扩散的因素，提出的理解有显着的影响，在许多替代能源技术的RP氧化物的工程。
2018-10-11 cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation on diffusion mechanism of alloying elements in dilute Zr alloys
杂质在Zr中的扩散对于Zr合金的许多应用，特别是对于它们在核反应堆包壳中的应用是潜在重要的。然而，关于哪些元素是空位与间隙扩散体，目前存在显著的不确定性，这可以抑制对它们在不同温度、辐照和合金化条件下的行为的理解和预测。因此，采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，预测了14种替代型合金元素在六方密排Zr中的稀杂质扩散系数随温度的变化.用八频率模型对空位介导的扩散进行建模。间隙的扩散的贡献估计从间隙的形成和选择迁移能量。在9个高对称性间隙网站的每个杂质的形成能进行了测定，包括显着的影响热膨胀。每个溶质在HCP锆中的主导扩散机制被确定在计算的空位介导的活化能，间隙活化能的下限和上限，和形成熵，提出了一个粗略的溶质的金属半径的关系。据预测，Cr，Cu，V，Zn，Mo，W，Au，Ag，Al，Nb，Ta和Ti都主要通过间隙机制扩散，而Hf，Zr和Sn可能主要是在低温下的空位介导扩散体和在高温下的间隙扩散体，尽管这些元素在高温下的机制的识别是相当不确定的。
2018-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Kinetics of segregation formation in the vicinity of edge dislocation in fcc metals
我们使用新的间隙杂质扩散通量方程来研究杂质原子在位错附近的再分布。两个层次的模拟应用。第一个是评估的系数，确定应变张量分量的影响，FCC结构中的间隙扩散通量。为此，我们已经开发了一个模型到框架的分子静态方法考虑到原子环境附近的间隙网站和鞍点配置。第二个层次是基于非线性扩散方程，考虑了由缺陷产生的应变，模拟间隙偏析的形成。结果表明，位错附近的碳原子分布具有相当复杂的特征，空位分布与碳分布有着质的不同。
2015-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Strongly Non-Arrhenius Self-Interstitial Diffusion in Vanadium
利用分子动力学模拟研究了自填隙原子在钒中的扩散行为。在<111>低温下，分裂的光子是一维扩散的，但<111>随着温度的升高，会向其他方向旋转。SIA扩散是高度非Arabius的。在T<600 K时，这种行为源于温度相关性。在T>600 K时，当迁移势垒与热能相比变小时，热激活扩散的Arrhenius表达式失效。这导致在低T下的阿克里乌斯扩散动力学和在高T下的扩散率与温度成比例。
2004-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Radiation-enhanced diffusion of impurity atoms in silicon layers
本文模拟了高能质子注入高温硅衬底过程中以及在含氢等离子体中加入扩散剂处理过程中磷的辐射增强扩散。它遵循从所获得的结果，辐射增强扩散发生的“杂质原子-硅自填隙”对的形成，迁移和解离的装置是在一个局部的热力学平衡与替代溶解的杂质原子和非平衡点缺陷产生由于外部照射。由此产生的非平衡硅自激的平均迁移长度的值从0.19微米的质子能量为140千电子伏的0.09和0.08微米的能量为110和80千电子伏，分别减少。平均迁移长度随质子能量的减小可能是由于硅自发光体与表面产生的空位或与磷注入区形成的缺陷相互作用所致。基于对扩散机制，对辐射增强扩散在薄硅层中产生的杂质分布形式进行了理论研究。它示出的均匀掺杂的硅层的耗尽发生在等离子体处理过程中，除了硅-绝缘体界面处形成的具有高杂质浓度的窄区域。计算结果为进一步研究基于辐射增强扩散的各种掺杂过程，特别是等离子体掺杂过程，发展一种廉价的方法，在局域半导体畴中形成严格指定的杂质分布提供了明确的证据。
2014-10-22 cond-mat.mtrl-sci
A practical coarse-grained formula for classical mobility of interstitial helium diffusion in BCC W and Fe
氦在金属中的扩散是气泡成核和生长的基本条件，而气泡的成核和生长会对反应堆结构材料的力学性能产生不利的影响。多尺度模拟方案已经发展到研究氦的长期微观结构演变的影响。然而，由于低能势垒的存在，基于准平衡反应过程的阿克里尼乌斯定律并不适用于氦在金属中的迁移行为。需要一个粗粒度的公式来包含非平衡性质，例如，耗散摩擦系数$γ$。本文基于周期势上布朗运动的粗粒模型，根据多体动力学系统中热激发的耗散特性，通过构造绝热弛豫过程，导出了$γ$的解析表达式，并用体心立方W中空位迁移的数值例子加以证实.然后对氦在体心立方W和Fe中的迁移进行了多体动力学模拟，得到了经典的迁移率，与实验和其他计算结果吻合较好。最后，我们提出了一个粗粒度的公式，氦在BCC W和Fe中的迁移，即，当量(47)在上下文中，使用从绝热弛豫模拟计算的参数。这一工作将有助于发展一种新的多尺度模拟方案，以模拟氦在金属中的作用，以及材料科学中低能途径的原子反应。
2018-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Interstitial diffusion of ion-implanted boron in crystalline silicon
本文对离子注入硅晶体低温退火过程中硼化物的长程迁移进行了模拟。
2012-07-03 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Modeling of the transient interstitial diffusion of implanted atoms during low-temperature annealing of silicon substrates
结果表明，在离子注入杂质分布的低浓度区，许多与“拖尾”有关的现象是由于非平衡杂质的反常扩散所致。这些现象包括在非晶化硅中的硼注入、铟离子的“热”注入、离子注入层的退火等。特别是，为了验证这一微观机制，模拟离子注入层的低温退火过程中的硼再分布已经进行了不同条件下的瞬态增强扩散抑制。由于与实验数据符合得很好，得到了非平衡杂质电子的平均迁移长度值。已经表明，对于注入到由锗离子非晶化的硅层中的硼，由于额外的氮注入，在800摄氏度的退火温度下杂质元素的平均迁移长度从11nm减小到约6nm。如果处理温度降低到750摄氏度，则观察到平均迁移长度的进一步缩短。在800 ℃热处理条件下，BF_2离子注入硅单晶时，硼化物的平均迁移长度为7.2nm。
2011-08-25 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Electron Localization Enhances Cation Diffusion in Reduced ZrO2, CeO2 and BaTiO3
根据缺陷化学，在氧化锆，二氧化铈和钛酸钡的还原性气氛中的增强阳离子扩散的实验观察是在支持的间隙机制。然而，以往的计算研究总是发现阳离子材料的形成能远高于阳离子空位的形成能，这将排除间隙机制。通过第一性原理计算比较立方氧化锆、氧化铈和钛酸钡中还原阳离子和氧化阳离子的迁移，解决了这个难题。在几乎所有的情况下，还原单独降低迁移势垒，并显着降低的结果，如果阳离子的静电能在鞍点减少。后者是最有效地实现时，Ti阳离子被允许通过一个空的Ba网站，从而完全屏蔽所有的方式由相邻的阴离子迁移。由于还原也会产生氧空位，这是高度流动的，我们还研究了它们对阳离子迁移的影响，发现它只会略微降低迁移势垒。然而，在几种情况下，阳离子还原和氧空位之间的大的协同效应被揭示，导致电子以比正常低得多的能量定位在鞍点状态，表明鞍点是负U状态，其中软环境使大的电子-声子相互作用能够过度补偿现场库仑排斥。这些一般的调查结果预计将适用于大多数过渡金属氧化物中的缺陷介导的离子迁移。
2018-08-15 cond-mat.mtrl-sci
First principle study of intrinsic defects in hexagonal tungsten carbide
本征缺陷的特性对于理解聚变反应堆偏滤器中碳化钨的自扩散过程、机械强度、脆性和塑性具有重要意义。在这里，我们使用第一性原理计算来研究点缺陷及其复合物在WC中的稳定性。计算结果证实了碳缺陷的形成能远低于钨缺陷的形成能。空位周围存在向外弛豫，间隙碳和间隙钨原子都倾向于占据八面体间隙位的碳基面投影。孤立碳缺陷扩散的结果表明，碳空位由于极高的扩散势垒而在较宽的温度范围内停留，而碳间隙迁移由于其相当低的激活能而在较低的温度下被激活。这些结果为800K阶段是由碳空位长程迁移退火所致的推测提供了证据。
2010-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of the substitutional versus interstitial manganese in GaN
用密度泛函方法研究了稀磁半导体GAN：Mn中的电子态，发现Mn杂质位于Mn_Ga的替代位和Mn_I的间隙位时，电子态有很大的不同。在这两种情况下，带隙中的二重和三重简并Mn（d）态的分裂是相反的，这可以从与相邻原子的杂化的量子化学控制来理解.与Mn_Ga作为深受主相反，Mn_I作为施主，表明形成了库仑稳定的配合物如（Mn_Ga Mn_I Mn_Ga），其中Mn_Ga的受主能级被Mn_I施主钝化。这种钝化簇的形成可能是所观察到的GAN中Mn的载流子掺杂效率低的原因。即使Mn态位于带隙内，波函数也远离杂质中心扩散。这是由与氮原子的杂化引起的，氮原子获得与Mn磁矩对齐的小磁矩。电子结构的光学性质的差异的影响进行了讨论。
2004-09-14 cond-mat.mtrl-sci
The MRO-accompanied modes of Re-implantation into SiO2-host matrix: XPS and DFT based scenarios
在XPS和DFT电子结构分析的基础上，推导并讨论了脉冲Re注入SiO_2基质的几种可能的情况：（1）低Re浓度模式--在氧空位附近形成具有类Re_2 O_7原子和电子结构的替位型和间隙型混合杂质;（ii）高Re杂质浓度模式->间隙Re金属团簇的制造伴随着类ReO 2原子结构的形成和（iii）中间瞬态模式，其中Re杂质浓度增加，当出现间隙缺陷团簇的前驱体并在基质结构中生长时。作为中间瞬态模的序列之一，发现稀土金属对最终价带结构的贡献占多数的放大区。结果表明，在a-SiO_2基质的初始氧子网络中，由于出现了混合缺陷组态，大多数合格的和讨论的模式都伴随着MRO（middle range ordering）畸变。
2017-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Change in the microscopic diffusion mechanisms of boron implanted into silicon with increase in the annealing temperature
建立了硼在硅中扩散的双流模型。该模型的目的是模拟瞬态增强扩散，包括离子注入硼在低温退火过程中的再分布。提出了硼的扩散机制，即：非平衡态硼原子的长程迁移机制和杂质原子-硅自填隙对的形成、迁移和溶解机制。在此基础上，对800 ℃和900 ℃退火条件下硅衬底中注入硼的再分布进行了模拟。计算的硼浓度分布与实验数据吻合得很好。结果表明，在800 ℃时，杂质原子的输运是由于团簇转变或溶解过程中产生的非平衡硼原子的长程迁移所致。另一方面，发现在900摄氏度的温度下，对扩散机制在显著的瞬态增强扩散中起主要作用。确定了描述非平衡态硼原子输运和置换溶解态硼原子瞬态增强扩散的若干参数。例如，发现在900摄氏度的温度下，硼扩散的时间平均增强约等于44倍。所获得的结果是重要的瞬态增强扩散抑制的方法的发展，牢记硅集成微电路的尺寸的缩放。
2011-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Interplay of anionic quasi-atom and interstitial point defects in electrides: abnormal interstice occupation and colossal charge state of point defects in dense FCC-lithium
电子化物是一类新兴的材料，其在晶体的间隙中具有高度局域化的电子，其行为类似于阴离子。这些不寻常的间隙准原子（ISQ）电子的存在导致了有趣的物理和化学性质，以及这类新材料的广泛潜在应用。晶体缺陷往往对材料的性能有着至关重要的影响。引入杂质已被证明是改善材料性能和扩大其应用范围的有效途径。然而，阴离子ISQ和晶体中的晶体缺陷之间的相互作用是未知的。在这里，致密的FCC-Li被用作原型，以探索在该晶体中阴离子ISQ和间隙杂质原子之间的相互作用。这项工作揭示了间隙杂质原子，ISQ，和基质锂原子附近的缺陷之间的强耦合。这种复杂的相互作用主要表现为杂质原子在四面体间隙中的意外占据和间隙中电子局域化的增强。此外，占据八面体晶格的Be杂质显示出迄今为止发现的最高负电荷状态（Be 8-）。这些结果展示了这种新兴材料丰富的化学和物理性质，并为丰富其变体以用于广泛的应用提供了新的基础。
2021-03-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Morphology and Dynamics of Self-interstitial Clusters in Irradiated Nickel
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；University of Michigan（密歇根大学）
该研究结合MD模拟与高速原位TEM，揭示辐照镍中SIA团簇的形貌演化、能量学及迁移动力学，明确两类环的尺寸依赖稳定性与迁移机制，发现实验观测迁移率低于MD预测的原因。
2026-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Simulation of interstitial diffusion of ion-implanted boron
本文提出了一个在快速热退火过程中，离子注入硼在锗注入非晶化硅层中的间隙扩散模型。据推测，由于在离子注入层中形成的杂质原子团的溶解或重排，在退火过程中连续产生硼化物，其中杂质浓度高于溶解度极限。由于硼原子半径与硅原子半径不同而产生的局部弹性应力也有助于硼原子的产生。在此模型的基础上，对离子注入硼在850 ℃、60 s的快速热退火过程中的再分布进行了模拟。热处理后硼分布的计算轮廓与实验数据吻合良好，证实了模型的适当性。已经导出了一些间隙扩散的参数。特别地，非平衡硼化物的平均迁移长度等于12纳米。约有1.96%的硼原子进入间隙位，参与了快速的间隙迁移，然后重新不动，迁移到替代位置或形成具有晶格缺陷的电惰性复合物。
2009-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Doping effect and Li-ion conduction mechanism of ALi6XO6 (A = K or Rb, and X = pentavalent): A first-principles study
最近的理论和实验评估表明，KLi6TaO6是一个良好的锂离子导体。本研究利用第一性原理计算分析了KLi6TaO6晶体中点缺陷引起的Li离子迁移的能量学和详细机制。缺陷形成能分析表明，通过掺杂（用四价元素取代Ta）获得Li过量条件的化学势条件有限。其他原生缺陷（如Li空位）的形成阻碍了掺杂剂的稳定并补偿了间隙Li。当掺杂成功时，共存的掺杂剂与间隙Li之间的相互作用可以增加间隙Li的迁移能垒。这种现象限制了在这种材料中实现高锂离子电导率的因素。基于对KLi6TaO6的研究结果，基于高稳定性和低Li离子迁移能，分别筛选了具有组成元素A和X的各种组合的形式为Ali6XO6的同构材料。提出了（A = K或Rb）Li_6XO_6的12种结构，其中X为五价。它们还表现出通过掺杂实现Li过量条件的有限化学势条件。确定了所建议的同构氧化物和掺杂剂的组合以减少间隙Li和掺杂剂之间的相互作用。一些同构氧化物掺杂使用Sn和使用第一性原理分子动力学进行了评估，他们的锂离子电导率在室温下被发现是可比的石榴石型锂离子导体。
2022-08-22 cond-mat.mtrl-sci
The role of interstitial hydrogen in SrCoO$_{2.5}$ antiferromagnetic insulator
氢根据主体材料表现出不同的电荷状态，正如最先进的杂质状态计算所解释的那样。受最近的实验[Nature 546，124（2017）]的启发，我们发现复合氧化物SrCoO $_{2.5}$代表了一个有趣的例子，其中根据常用的跃迁能级计算，间隙H作为深能级中心出现，但在杂质周围没有发现束缚电子。结合电荷差分析、态密度投影和约束磁化强度计算，发现H掺杂电子被非唯一Co离子自发捕获，并通过Hund规则耦合实现完全自旋极化.因此，掺杂系统保持绝缘，而反铁磁交换是轻微的局部扰动。
2018-05-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Comparison of Process of Diffusion of Interstitial Oxygen Atoms and Interstitial Hydrogen Molecules in Silicon and Germanium Crystals: Quantumchemical Simulation
本文对硅、锗晶体中间隙氧原子和氢分子的扩散过程进行了理论分析。计算了间隙氧原子Ea（Si）= 2.59 eV，Ea（Ge）= 2.05 eV，D（Si）= 0.28 cm ~ 2s ~（-1），D（Ge）= 0.39 cm ~ 2s ~（-1）和间隙氢分子Ea（Si）= 0.79-0.83 eV，Ea（Ge）= 0.58-0.62 eV，D（Si）= 7.4 × 10（-4）cm ~ 2·s ~（-1），D（Ge）= 6.5 × 10（-4）cm ~ 2·s ~（-1）与实验值符合得很好，并首次较好地描述了Si和Ge晶体中间隙氧原子和氢分子扩散常数的实验温度关系。研究表明，对于与晶格（间隙氧原子）具有强相互作用的杂质原子的情况，扩散过程具有协同性质--激活能和指前因子由三个最近晶格原子的最佳位置控制。对于具有弱相互作用（间隙氢分子）的扩展缺陷的情况，扩散过程由受到与氢分子旋转相关的波动的激活势垒确定。本文还讨论了静水压力对扩散过程的影响。
2006-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Formation and dissociation reactions of complexes involving interstitial carbon and oxygen defects in silicon
我们提出了一个详细的第一性原理的研究，探讨了相关的反应和迁移路径涉及的间隙碳-氧复合物，$\mathrm{C_{i}O_{i}}$和$\mathrm{C_{i}O_{2i}}$，在硅的形成和解离的构型空间。发现$\mathrm{C_{i}O_{i}}$和$\mathrm{C_{i}O_{2i}}$的形成/解离机制是通过锚定在晶格上的O-复合物捕获/发射移动$\mathrm{C_{i}}$杂质而发生的。$\mathrm{C_{i}O_{i}}$和$\mathrm{C_{i}O_{2i}}$解离成较小部分的最低活化能分别为2.3 eV和3.1 eV。第一个与观察到的$\mathrm{C_{i}O_{i}}$的退火温度相容，其发生在约400 $^{\circ}$ ℃，并且低于$\mathrm{O_{i}}$扩散的阈值。后者明显超过了$\mathrm{C_{i}O_{2i}}$退火的测量活化能（$E_{\mathrm{a}}=2.55$ eV）。我们建议，而不是解离，实际的退火机制涉及的间隙氧的捕获由$\mathrm{C_{i}O_{2i}}$，从而由$\mathrm{O_{i}}$的迁移势垒（$E_{\mathrm{m}}=2.53$ eV）。该研究还伴随着空穴捕获截面和$\mathrm{C_{i}O_{i}}$和$\mathrm{C_{i}O_{2i}}$的捕获势垒的测量。结合以前报道…
2020-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Real-Time Observation of Self-Interstitial Reactions on an Atomically Smooth Silicon Surface
自扩散和杂质扩散在高比表面积半导体纳米结构的制备中起着至关重要的作用。然而，半导体中点缺陷的体表面反应的实验研究受到极低浓度和晶格中单点缺陷可视化困难的强烈阻碍。在这里，我们报告的第一个实时实验观察的自填隙反应在一个大的原子级光滑的硅表面。我们发现，在860- 1000 ^oC温度范围内，金扩散过程中在硅体中产生的非平衡自激电子在（111）表面湮灭，产生硅从体到表面的净质量通量。二维岛的动力学过程主要由原子台阶边缘的反应控制。估算了自激子与表面相互作用的激活能和金通过表面渗入硅体的能垒。这些结果表明，表面形态可以深刻地影响表面-本体反应应该有重要的影响，纳米制造技术的发展。
2019-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Gallium interstitial contributions to diffusion in gallium arsenide
本文利用第一性原理计算砷化镓中镓间隙原子及其他本征缺陷的形成焓与平衡浓度，系统分析了化学势、掺杂水平及非平衡缺陷对镓自扩散的影响，揭示了不同费米能级下主导扩散的电荷态，并与实验结果一致。
2011-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Impurity in Yttria: \textit{Ab-Initio} Study by Semi-Local and Hybrid Functionals
采用密度泛函理论对氧化钇中间隙氢的三种电荷态进行了研究。本计算是通过使用GGA-PBE和HSE06交换相关泛函进行的。据观察，基态H $^0$和H $^-$配置的行为是相似的，这些更喜欢放松在O空位，有限的结构松弛。对于中性和负电荷体系，在较高的能量下会出现两种不同的几何构型，这证明了氢在氧化钇晶格中的亚稳位置的存在。只有当杂质离子和阴离子之间形成强键，即$\sim$ 1 π的O-H键时，才能发现H-$^+$平衡态。间隙杂质的形成能进行了研究，发现这种缺陷和基态结构的两性行为。这些结果证明，氢抵消了主晶格的主导导电性，从而钝化了源自其他掺杂源的任何现有的电子水平。为了将结果与非平衡和短时间尺度的$μ$ SR测量进行比较，还评估了较高能量构型的形成能。对于键O的几何位置，H的证据施主掺杂剂的行为，从而使施主行为与基态两性行为的共存。根据态密度结果，对于H $^0$和H $^-$电荷态，在带隙中观察到缺陷能级。对于基态空位O构型和亚稳间隙结构，发现缺陷能级略高于价带最大值，因此表明氧化钇材料没有掺杂剂-施主特性。但是，对于键O，局部最小，配置，缺陷能级位于带隙的中间上方，更接近导带。
2012-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Sluggish and Chemically-Biased Interstitial Diffusion in Concentrated Solid Solution Alloys: Mechanisms and Methods
City University of Hong Kong（香港城市大学）；City University of Hong Kong Shenzhen Research Institute（香港城市大学深圳研究院）；Hong Kong Institute for Advanced Study, City University of Hong Kong（香港城市大学香港高等研究院）
本文结合机器学习与动力学蒙特卡罗研究Fe-Ni浓固溶体合金的缓慢间隙扩散，揭示“势垒锁定”和“组分主导”两种机制，并提出AvgS-kMC方法及逆向设计策略以优化扩散性能。
2023-11-28 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.atm-clus
Halide diffusion in mixed-halide perovskites and heterojunctions
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
研究通过分子动力学模拟揭示了卤化物缺陷迁移对钙钛矿离子输运及相分离动力学的影响，发现混合卤化物中空位和间隙离子扩散增强，且异质结界面结构调控扩散行为。
2026-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Direct diffusion through interpenetrating networks: Oxygen in titanium
杂质原子如何在晶体中运动是材料学中一个基本的、经常出现的问题。以前对钛中氧扩散的理解依赖于最近发现不稳定的间隙晶格位点，使得氧的扩散途径未知。使用第一性原理量子力学方法，我们发现三个氧间隙的钛网站，并量化的多个互穿网络的氧扩散。令人惊讶的是，没有单一的过渡占主导地位，但都有助于扩散。
2011-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Imaging interstitial atoms with multislice electron ptychography
本研究提出利用多层电子叠层衍射技术，在三维空间中检测和定位复杂石榴石氧化物异质结构内的间隙原子，实现了优于2.7 nm的深度分辨率和深亚埃横向分辨率，为表征单原子催化剂和量子传感器等系统的局部环境提供了新方法。
2024-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Light element diffusion in Mg using first principles calculations: Anisotropy and elastodiffusion
轻元素溶质B、C、N和O可以渗透镁合金的表面并且在热处理或高温应用期间扩散，形成不期望的化合物。我们调查这些溶质的扩散，通过确定其稳定的间隙网站和这些网站形成的互穿网络。我们使用密度泛函理论（DFT）来计算这些网络的网站能量，迁移势垒和尝试频率，以告知我们的分析模型体扩散。由于网络的性质，O各向同性地扩散，而B、C和N各向异性地扩散。我们计算的弹性扩散张量的扩散率的变化，由于小应变扰动扩散网络的几何形状和迁移障碍量化。DFT计算的弹性偶极子张量，量化的网站能量和迁移障碍，由于小应变的变化被用作输入，以确定弹性扩散张量。我们采用弹性扩散张量来确定热应变对间隙扩散的影响，并发现B，C和N的扩散系数增加晶体膨胀，而O的扩散系数降低。从弹性扩散和顺应张量，我们计算扩散的激活体积，并发现它是积极的和各向异性的B，C和N扩散，而它是负的和各向同性的O扩散。
2016-07-29 cond-mat.mtrl-sci
K-edge XANES of substitutional and interstitial Mn atoms in (Ga,Mn)As
本文对（Ga，Mn）As稀磁半导体中Mn K边的X射线吸收近边结构（XANES）进行了理论和实验研究。的光谱已计算从第一原理使用FLAPW包括芯孔效应，特别注意已支付的后果共存的Mn杂质的替代和四面体间隙的位置。我们已经进行了定量成分分析的实验光谱上收集的（Ga，Mn）As样品退火和蚀刻前/后，目的是确定Mn杂质配置的比例。实验数据与理论计算的比较表明，即使在退火和蚀刻一些锰原子仍然驻留在间隙网站，虽然间隙缺陷的浓度已通过退火降低。
2010-03-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Extrinsic levels, diffusion, and unusual incorporation mechanism of lithium in GaN
第一性原理的GAN中的锂杂质的研究结果。我们发现Li是一个间质通道，在T $\sim$ 600 K开始扩散.在此温度以上，Li可以通过与Ga空位的放热复合转变为Ga替代受体。这个过程意味着至少捕获一个电子;因此Li充当电子阱。Li $_{\rm Ga}$是稳定的，并且具有0.16 eV的浅的第一电离能级和0.63 eV的第二电离能级。晶格位置和它们的温度依赖性与最近的实验密切一致。
1999-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Thermal-fluctuation mechanism of long-term corrosion of glass caused by internal stress: processes of depolymerization, impurity migration and fracturing on an atomic scale
玻璃的长期腐蚀进行了研究，使用偏光显微镜，FTIR和SEM，包括EDX和元素绘图。19世纪早期的铅钾玻璃制成的珠子是研究的对象。非均匀分布的内部应力被引入到研究的玻璃珠制造过程中。19世纪玻璃珠的腐蚀已经被证明是由几个相互关联的过程组成的，这些过程平行发展，相互强化。这些过程是玻璃的解聚，碱金属杂质的定向迁移和局部玻璃浸出，以及微不连续性的成核，随后形成微裂纹并逐渐生长。随着时间的推移，它们的累积和明显的协同效应导致玻璃破裂，最终珠粒破碎成微小的变色颗粒。所有这些现象都是由珠粒生产过程中产生的内应力控制的。因此，应力玻璃珠腐蚀现象是玻璃内部应力通过裂纹的成核和生长而松弛的过程，该过程在室温下持续数十年。当珠粒被热处理时，它被显著地加速。在300°C下退火15分钟足以对初始完整的珠粒进行人工老化。即使玻璃珠保存在控制良好的博物馆环境中，也会发生腐蚀。局部热波动机制提出了原子尺度上的腐蚀现象。基于热涨落机制的方法适用于描述各种固体物质和复合材料在应力作用下的降解和破坏过程，这种方法可以理解纳米结构的形成和降解现象，如纳米结构的形成和降解。例如，在一个实施例中，具有量子阱或量子点的异质结构。
2023-02-02 cond-mat.mtrl-sci
First principle study of hydrogen behavior in hexagonal tungsten carbide
了解氢在六方碳化钨（WC）中的行为对聚变反应堆设计特别有意义，因为聚变反应堆偏滤器中存在WC。因此，我们采用第一性原理计算来研究氢在WC中的行为。氢原子最稳定的间隙位是八面体间隙位在钨基面上的投影，其次是八面体间隙位在碳基面上的投影附近。两个间隙氢原子之间的结合能为负，表明氢本身不能捕获其他氢原子形成氢分子。氢与空位相互作用的计算结果表明，空位对氢原子具有能量陷阱作用，单空位中不能形成氢分子。此外，与碳键合的氢原子只存在于钨空位中。研究了氢在WC中的迁移行为，发现间隙氢原子更倾向于沿c轴方向扩散。对氢在WC中行为的研究为高能氢离子注入WC的热脱附过程的实验结果提供了一定的解释。
2010-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Semi-Empirical Parameterization of Interatomic Interactions and Kinetics of the Atomic Ordering in Ni-Fe-C Permalloys and Elinvars
在晶格静力学和静态涨落波方法的框架内，收集和分析了f.c.c.- (Ni，Fe）-C溶液，允许主晶格的离散原子结构。选择晶格间距、主晶格的弹性模量和/或准弹性力参数以及由于各溶质引起的固溶体晶格膨胀的浓度系数作为所使用的输入数值实验数据。上述相互作用能对离散的原子间半径矢量具有非单调递减和各向异性的依赖性，并且相互作用能是强的长程相互作用。在所有的f.c.c.- (Ni，Fe）-基溶液中，许多配位壳层中存在应变诱导吸引。一般来说，γ-Fe中杂质原子之间的应变诱导相互作用弱于α-Ni。杂质应变相互作用近似对f.c.c.- (Ni（Fe）-C合金的研究表明，在第一配位壳层中必须补充额外的短程（电化学）排斥作用。然而，在任何情况下，在分析f.c.c.- (Ni Fe）-基溶液。应用蒙特卡罗模拟方法对纳米级Fe-C-奥氏体微晶的结构进行了模拟，分析了不同原子构型的数目与C-C原子间相互作用能的关系，揭示了模拟体系的势能与迭代次数以及蒙特卡罗步骤之间的相关性。
2014-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Self-diffusion in carbon-alloyed CoCrFeMnNi high entropy alloys
本文研究了（CoCrFeNiMn）$_{1-x}$ C $_x$（x = 0.002，0.005和0.008（in at.馏分）在1173至1373 K的高温下测量。在这些FCC合金中，间隙碳的加入对置换扩散的两种不同的特征效应被区分开来。在1373 K的最高温度下，由C与相对低的浓度（x = 0.002）的合金化延迟的替代元素的扩散相对于那些在无C合金。在较低的温度和/或较高的C浓度（x > 0.005），所有替代元素的扩散速率的增强被视为。提出了一个模型，涉及的自扩散系数在CoCrFeMnNi-C合金的晶格畸变所施加的溶解的碳。实验结果被解释为由于间隙C原子的存在，空位介导的扩散的迁移势垒的减少。
2021-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Some features of the transport processes of ion-implanted boron under conditions of transient enhanced diffusion suppression
已经表明，在热处理过程中，通过锗注入而非晶化的硅层，然后注入硼离子，由于非平衡硼原子的迁移，在高达850^{ \circ }C的温度下发生杂质原子的迁移。
2011-06-17 cond-mat.mtrl-sci
A modified W-W interatomic potential based on ab initio calculations
基于从头计算方法，建立了一个Finnis-Sinclair型的W-W相互作用势。修改后的潜力是能够重现正确的形成能量的自间隙原子缺陷的钨，提供了显着的改进，在Ackland-Thetford钨势。利用修正势计算了0 ~ 3500 K温度范围内的热膨胀，计算结果与实验数据吻合较好，克服了Derlet-Nguyen-Manh-Dudarev钨势计算负热膨胀的缺点。本文还利用W-W势详细研究了自间隙原子在钨中的扩散。结果表明，初始的自填隙原子引发了一系列的W原子的位移和替代的方向<111>。阿克里尼乌斯适合在低于550 K的温度下的扩散数据表明0.022 eV的迁移能量，在合理的协议与实验数据。
2013-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Grown-in beryllium diffusion in indium gallium arsenide: An ab initio, continuum theory and kinetic Monte Carlo study
在利用InGaAs缩小电子器件的一个障碍是其异常的掺杂剂扩散行为;具体地说，现有的模型无法解释铍扩散的实验数据一致。在本文中，我们提出了一个全面的模型，考虑到自间隙迁移和与Ga和In的相互作用。密度泛函理论（DFT）计算首先用于计算可能的扩散机制的能量参数和电荷状态。基于DFT的结果，连续模拟和动力学蒙特卡罗模拟，然后执行。该模型能够再现实验Be浓度分布。我们的研究结果表明，Frank-Turnbull机制是不可能的，相反，踢出反应是占主导地位的机制。由于大的反应能差异，Ga间隙和In间隙在踢出反应中起不同的作用，与通常假设的相反。DFT计算还表明As对Be扩散的影响可能是不可忽略的。
2016-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Local structure of Fe impurity atoms in ZnO: bulk versus surface
通过研究Fe掺杂的ZnO颗粒和薄膜的各种X射线光谱技术，并补充这与密度泛函理论计算，我们发现，Fe掺杂体ZnO诱导等价（和同构）阳离子取代（Fe 2 + -> Zn 2+）。与此相反，在表面附近的Fe掺杂产生等价和异价取代（Fe 3 + -> Zn 2+）。本文进行的计算表明，最有可能的缺陷结构是Zn与Fe的单或双取代，虽然，如果额外的氧是可用的，那么Fe与间隙氧的取代在能量上甚至更有利。此外，它被发现，铁磁状态是积极不利的，和铁磁有序很可能只能通过形成的第二相（即ZnFe 2 O 4），或共掺杂Cu实现。
2014-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Extended point defects in crystalline materials: Ge and Si
B扩散测量用于探测Ge中自填隙“点”缺陷的基本性质。我们发现两种不同的自填隙形式-一个简单的低熵和一个复杂的熵~30 k的迁移鞍点。后者在高温下主导扩散。我们认为它的结构类似于无定形口袋-我们称之为“变体”。计算模型表明，变体存在于自填隙和类空位的形式，是至关重要的扩散和缺陷动力学在Ge，Si和可能的许多其他晶体固体。
2013-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
