Monovacancy and Substitutional Defects in Hexagonal Silicon Nanotubes
本文利用第一性原理研究了单空位和替代缺陷的六方单壁硅纳米管的几何结构和电子结构。选择C、Al或P原子作为替代杂质。研究发现，单空位或替代杂质等缺陷会导致六边形单壁硅纳米管的变形。在这两种情况下，由于这种局部变形，在费米能级附近出现相对局部化的未占据态。讨论了不同替代杂质的几何和电子性质的差异。
2007-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Effect of substitutional doping and disorder on the phase stability, magnetism, and half-metallicity of Heusler alloys
自旋电子学是一个快速发展的领域，它将在优化纳米电子器件的功耗、存储器和处理能力方面发挥关键作用。Heusler合金由于其室温半金属性、高居里温度、与大多数衬底的晶格失配小以及在费米能级对电子态密度的强控制而在自旋电子学中具有潜在的应用前景。在这项工作中，我们使用密度泛函理论方法研究{替代掺杂和无序}对Heusler合金的半金属性、相稳定性和磁性的影响。我们的研究表明，半/全Heusler合金的电子和磁性能可以通过改变电子计数通过控制合金元素的化学成分的变化来调节。我们提供了一个详细的讨论替代掺杂和无序的影响上的可调谐性的半金属性质的Co $_{2}$ MnX和NiMnX的Heusler合金，其中X代表第13族\textendash 16和周期3 \textendash 6元素的周期表。{基于电子计数和无序的思想，我们预测了通过在半Heusler NiMnBi中的特定Cu和Zn组分在Ni位的取代掺杂，可能存在化学稳定的半金属多元铋化物，例如（CuNi $_{3}$）Mn $_{4}$ Bi $_{4}$和（ZnNi $_{7}$）Mn $_{8}$ Bi $_{8}$。}我们相信，基于电子数的半金属设计准则将在新型Heusler合金自旋电子学应用的电子结构工程中发挥关键作用，这将加速新型材料的开发和合成。
2021-11-09 cond-mat.mtrl-sci
The two gap transitions in Ge$_{1-x}$Sn$_x$: effect of non-substitutional complex defects
Ge $_{1-x}$ Sn $_{x}$中非取代的$β$-Sn缺陷的存在通过发射沟道实验证实[Decoster等人，Phys.Rev.B81，155204（2010）]，其确立了尽管大部分Sn以替代方式（$α$ -Sn）进入Ge晶格中，但第二显著部分对应于分裂空位构型中的Sn-空位缺陷复合物（$β$ -Sn），这与我们先前的理论研究一致[Ventura等人，B79，155202（2009）]。在这里，我们提出了我们的电子结构计算的Ge $_{1-x}$ Sn $_{x}$，包括取代$α$ -Sn以及非取代$β$ -Sn缺陷。为了在这种多轨道合金问题的电子结构计算中包括非替代复合缺陷的存在，我们扩展了Jenkins和Dow [Jenkins和Dow，Phys.Rev.B36，7994（1987）]对纯替代合金的方法。我们采用了一个有效的替代两个网站集群相当于真正的非替代$β$ -Sn缺陷，这是由格林函数计算确定。然后，我们计算的电子结构的有效合金纯粹的替代缺陷，嵌入在晶格中的有效替代集群。我们的研究结果描述了两个过渡的基本间隙的锗$_{1-x}$锡$_{x}$作为总锡浓度的函数：即从间接到直接的间隙，第一，和金属化过渡在较高的$x$。他们还强调了$β$ -Sn在降低对应于该合金的直接带隙相的浓度范围中的作用，这对于光电子应用是有意义的。
2016-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Low-temperature ordering in a substitutional alloy with injecting nonequilibrium vacancies: The FePt case
在两种或更多种物质的替代合金中实现组成有序状态对于改善其功能特性通常甚至是至关重要的。为了生产高度有序的合金，通常需要对合金进行长时间的高温（高达T=1000 K）处理，因为空位浓度（c_v）和它们的迁移率不足。然而，这样的处理影响形态并且使功能合金的技术复杂化。我们从理论上证明，由于冻结的非平衡空位，在T=450 K的合理时间t<10^3 s内，实际重要的FePt系统（Fe_xPt_1-x，x接近0.5）中的有序已经可以实现。我们的模拟是基于Dienes方程的长程序参数（S）的松弛，并考虑到在合金中的有序动力学介导的空位。重要的是，这种模拟的结果与以前的实验数据的有序动力学是在良好的协议。我们还发现，纳秒激光脉冲可以用来实现有效的低温有序的c_v=10^-5的足够水平。
2022-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A computational study of the configurational and vibrational contributions to the thermodynamics of substitutional alloys: the Ni3Al case
我们已经开发了一种方法来研究的热力学的有序-无序转变的n-组分替代合金，结合非平衡方法，它可以有效地计算自由能，与蒙特卡罗模拟，其中构型和振动自由度同时被认为是在平等的基础上。此外，通过适当地约束系统，我们能够计算由于键比例，原子尺寸失配和体积效应对振动熵的贡献。我们已经应用这种方法来计算构型和振动的贡献，作为温度的函数的Ni 3Al合金的熵。我们发现键比例效应降低了有序-无序转变时的振动熵，而尺寸失配和键比例效应结合在一起并不改变转变时的振动熵.我们还发现，在有序-无序转变的体积增加导致0.08 kB/原子的振动熵增加，这是显着的构型熵增加0.27 kB/原子相比。我们的计算表明，包含振动降低了约30%的有序-无序转变温度仅考虑构型自由度确定。
2009-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary interstitial segregation in substitutional binary alloys
本研究通过原子模拟发现Al-Ni替代型二元合金中Ni原子在晶界风筝状结构间隙位点发生显著偏析，并开发了结合位点检测与结构过滤的方法及机器学习模型，以预测间隙偏析能，为合金设计提供新见解。
2025-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Contraction and expansion effects on the substitution-defect properties of thirteen alloying elements in bcc Fe
低活化铁素体/马氏体（RAFM）钢作为聚变堆的包层结构材料，在服役环境下会发生体积膨胀和收缩的循环。特别地，经受显著通量的聚变中子RAFM钢在涉及辐射损伤的区域中遭受相当大的局部体积变化。研究合金元素在收缩和膨胀状态下的结构特性是十分必要的。本文研究了Al，Co，Cr，Cu，Mn，Mo，Nb，Ni，Si，Ta，Ti，V，W等13种合金元素在体心立方Fe中的局部替代结构，并计算了它们在体积变化范围为-1.0%~1.0%时的替代能。从取代原子周围前5个相邻壳层的结构弛豫结果可以看出，除Mn外，在-1.0%~1.0%的体积变化范围内，各相邻壳层的弛豫基本保持一致，且第5个相邻壳层的弛豫强度大于第3、4个相邻壳层，表明取代原子引起的晶格畸变更容易沿方向扩展<111>。弛豫模式和弛豫强度与取代原子的大小和电子结构有关。对于Mo、Nb、Ni、Ta、Ti和W等合金元素，随着体积的增加，置换能显著降低。进一步的分析表明，替代能包括由局部结构弛豫引起的能量变化和替代原子在其元素晶态与bcc Fe固溶体相之间的化学电势差。我们认为，随着体积的增加，取代原子周围的每个相邻壳层的近似均匀弛豫导致了取代能的线性减小。
2010-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Electron configuration of the substitutional nitrogen defect in diamond
有人认为，金刚石中的取代氮与周围的三个碳原子键合，而不是四个。这个缺陷的电子配置是从以前的实验和理论考虑推导出来的。值得注意的是，1344 cm-1谱带是取代氮的特征，与氮的同位素变化无关，但取决于碳的同位素变化。如果氮与周围的四个碳结合，那么已经建立的NV中心应该是不稳定的。另外，单取代氮原子的尺寸明显增大，表明氮原子中存在对电子，并利用简单的力常数模型对所提出的取代氮原子构型进行了验证.用2/3 C-C：1/3 C=C代替C-N的力常数，得到1344 cm-1谱带。
2014-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Ge-substitutional defects and the r3xr3 <--> 3x3 transition in alpha--SnGe(111)
采用密度泛函理论（DFT）的分子动力学（MD）模拟方法对α-Sn/Ge（111）表面Ge替代缺陷的结构和能量进行了分析。一个孤立的Ge缺陷诱导的3x 3重建的非常局部的失真，局限于一个显着的向下位移（-0.31 A）的缺陷部位和适度的向上位移（0.05 A）的三个Sn最近的邻居与部分占用悬挂键。两个简并基态之间的动力学涨落产生了在室温下实验中观察到的缺陷周围的六重对称性。缺陷-缺陷相互作用由3x 3结构的变形的能量学控制：它们对于蜂窝晶格上的缺陷可以忽略不计，而对于六方晶格上的第三个缺陷则相当大，这解释了低温缺陷排序。
2001-07-05 cond-mat.mtrl-sci
The Effect of Lattice Vibrations on Substitutional Alloy Thermodynamics
替代合金相图的第一性原理计算的一个长期局限是难以解释晶格振动。对试图量化晶格振动对相稳定性的影响的理论和实验文献的调查表明，这种影响可能是实质性的。相之间的典型振动熵差为0.1 ~ 0.2 kB/atom，这与二元合金的典型构型熵差（最大为0.693 kB/atom）相当。本文介绍了基本的形式主义基础从头计算相图计算，以及所需的概括，以考虑晶格振动。我们概述了各种技术允许的声子色散曲线和相关的热力学量，如振动熵或自由能的理论计算和实验测定。一个清晰的图片的起源，在合金系统中的相位之间的振动熵差，超越了传统的键计数和体积变化的参数。振动熵变可以归因于与相变期间发生的键长变化相关的化学键刚度的变化。这种所谓的“键刚度与键长”的解释既总结了驱动振动熵变化的关键现象，也提供了一个实用的工具来模拟它们。
2001-06-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Giant Enhancement of Intrinsic Spin Hall Conductivity in $β$ Tungsten via Substitutional Doping
通过自旋-轨道扭矩操纵重金属/铁磁双层中的磁化的关键挑战是识别表现出有效的电荷-自旋电流转换的材料。从头算电子结构计算表明，纯$β$ -W的本征自旋霍尔电导（SHC）比纯$α$-W的本征自旋霍尔电导大约60%.更重要的是，我们证明了$β$ -W的SHC可以通过Ta合金化来增强。这是证实了自旋Berry曲率计算的W $_{1-x}$钽$_x$（$x$ $\sim$ 12.5%）合金，显示了巨大的增强自旋霍尔角高达$\approx$ $-0.5$。其机制是自导热系数和纵向电导率随费米能级位置的协同作用。这些发现不仅为增强$β$ -W的本征自旋霍尔效应铺平了道路，而且为开发替代合金化技术来定制各种材料的自旋霍尔效应提供了新的指导。
2017-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Band engineering in graphene with superlattices of substitutional defects
我们研究了氮和硼取代缺陷的石墨烯超晶格，并通过使用对称性参数和电子结构计算，我们展示了如何使用这种超晶格来修改石墨烯能带结构。具体来说，根据超晶格对称性，这里考虑的结构可以保留狄拉克锥（D_{6h}超晶格）或打开带隙（D_{3h}）。相关的能带参数（载流子有效质量，群速度和间隙，当存在时）被发现依赖于超晶格常数n为1/n^{p}，其中p是在1-2的范围内，这取决于所考虑的情况。总体而言，这里给出的结果显示了如何通过修改几个超晶格参数来在很大程度上调整石墨烯能带结构。
2011-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Investigating the electronic origins of the repulsion between substitutional and interstitial solutes in hcp Ti
氧在Ti、Zr和Hf中的高溶解度使得难以稳定它们表面上的保护性氧化物皮，因为表面下区域可充当连续溶解氧的无限汇。合金元素对于降低氧在早期过渡金属中的溶解度和扩散率至关重要。过去的研究表明，钛的替代合金添加排斥间隙氧。在这里，我们使用第一性原理计算表明，这种排斥是短程的，并确定了各种因素，可能是负责排斥相互作用。我们确定了一个独特的杂交现象之间的溶解的替代元素和间隙内的hcp钛，导致在短距离的排斥相互作用，类似于闭壳层原子之间的。Bader电荷的计算也表明存在短程库仑相互作用，由于电荷的积累上的替代溶质和间隙氧，是从Ti主机。
2021-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit coupling and Jahn-Teller effect in $T_d$ symmetry: an \textit{ab initio} study on the substitutional nickel defect in diamond
本文通过杂化密度泛函理论分析$T_d$对称性下自旋-轨道与Jahn-Teller效应，应用于金刚石替位镍缺陷，计算精细结构与磁光参数，证实2.56和2.51 eV光学中心归属，并揭示光学跃迁及ODMR机制。
2023-09-04 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Theory of band gap bowing of disordered substitutional II-VI and III-V semiconductor alloys
对于广泛类型的技术相关化合物III-V和II-VI半导体材料，可以实现A（x）B（1-x）C类型的AC和BC混合晶体（合金）。由于电子性质如体带隙随x连续变化，纯AC和BC系统之间的任何带隙都可以通过选择适当的浓度x来获得，假定相应的比例是可混溶的和化学稳定的。在大多数情况下，带隙不随x线性变化，但观察到作为浓度的函数的明显弯曲行为。在本文中，我们表明，这样的A（x）B（1-x）C半导体的电子性质，特别是，带隙弯曲可以很好地描述和理解从经验紧束缚模型的纯AC和BC系统。A（x）B（1-x）C系统的电子性质可以通过选择分别具有概率x和1-x的AC或BC系统的紧束缚参数来描述。我们证明了这一点，通过精确对角化的有限，但大的超胞和通过计算内建立的相干势近似（CPA）。我们将这种处理应用于II-VI族系统Cd（x）Zn（1-x）Se、III-V族系统In（x）Ga（1-x）As和III族氮化物系统Ga（x）Al（1-x）N。
2012-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Predicting Defect States: A Quick Screening Protocol for Substitutional Point Defect Engineering
Department of Chemistry, Pennsylvania State University（宾夕法尼亚大学化学系）；Department of Physics, Pennsylvania State University（宾夕法尼亚大学物理系）
提出一种基于原胞的紧束缚协议，通过构建超胞模型并修改替代位点能，快速预筛选替代缺陷，在过渡金属二硫化物、六方氮化硼和金刚石中成功捕获带隙态特征。
2026-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Robustness against Disorder of Relativistic Spectral Properties in Chalcogenide Alloys
为了仔细解决替代无序和自旋轨道耦合之间的相互作用，在IV-VI合金，我们提出了一种新的理论方法，集成的可靠性，平面波为基础的密度泛函理论超出局域密度近似与相干势近似。通过将所提出的方法应用于三元硫属合金，我们预测接近费米能的光谱特征对替代无序的实质性鲁棒性。补充我们的第一性原理计算与分析的$k \cdot p$模型的岩盐硫族化物，我们表明，无序自能是消失的小接近带隙，从而允许体拉什巴样自旋分裂观察铁电合金，如PbS $_x$ Te $_{1-x}$，以及保护与最近发现的拓扑晶体绝缘体Pb $_{1-x}$ Sn $_x$ Te中的拓扑转变相关的带特性反转。
2014-07-08 cond-mat.mtrl-sci
First principle study of the thermal conductance in graphene nanoribbon with vacancy and substitutional silicon defect
采用非平衡格林函数（NEGF）方法，结合局域密度近似下的密度泛函理论第一性原理计算，研究了含空位和硅点缺陷（Si原子取代C原子）的石墨烯纳米材料的热导率.针对{ \it ab initio}方法的长程性质与NEGF方法的第一近邻性质之间的矛盾，提出了一种有效的力常数矩阵修正方法.在具有空位缺陷的纳米晶体中，热导率对空位缺陷的位置非常敏感。位于纳米晶中心的空位缺陷产生鞍状表面，通过对所有声子模式的强散射大大降低了热导率;而边缘空位缺陷仅导致边缘的进一步重构并略微降低热导率。对于Si缺陷，缺陷的位置对热导率的值不起作用，因为缺陷区域被限制在缺陷中心周围的狭窄区域内。
2011-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Binding Energetics of Substitutional and Interstitial Helium and Di-Helium Defects with Grain Boundary Structure in alpha-Fe
探讨了体心立方α-Fe中He原子与晶界相互作用的形成/结合能和长度尺度。使用了十种不同的低西格玛晶界<100>和<110>对称倾斜晶界系统。在这项工作中，然后，我们计算了1-2 He原子的形成/结合能的替代和间隙的网站（HeV，He 2 V，HeInt，He 2 Int）在所有潜在的晶界网站在15埃的边界（52826模拟总数）。目前的结果为所研究的结构提供了有关1-2个He原子与晶界的相互作用能和长度尺度的详细信息。从目前的研究中出现了一些有趣的新发现。例如，我们发现，体心立方Fe中的Sigma 3（112）孪晶边界具有比其他边界小得多的结合能，这对应于在长时间动力学模拟中间隙He缺陷在纳秒量级的模拟中脱离边界的能力，与其他边界相反。此外，我们发现计算的取代He的形成/结合能（即，单空位中的He）与相同原子位置的间隙He、替代He 2和间隙He 2能量具有良好的相关性（R>0.9）。这种相关性断言，每个站点周围的局部环境强烈影响的He缺陷的能量和高精度的量子力学计算的低阶缺陷可能是一个足够的预测高阶缺陷。目前的工作表明，结合能和形成能的He缺陷是重要的理解物理的He扩散和捕获的晶界，这可能是重要的建模他在多晶钢的相互作用。
2013-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Identifying substitutional oxygen as a prolific point defect in monolayer transition metal dichalcogenides with experiment and theory
硫族元素空位被认为是二维过渡金属二硫族化物（TMD）半导体中最丰富的点缺陷，并被预测会导致深能隙态（IGS）。因此，2D-TMD的光学响应中的重要特征通常归因于硫族元素空位，并得到透射电子显微镜（TEM）和扫描隧道显微镜（STM）图像的间接支持。然而，TEM成像测量不提供对单个缺陷的电子结构的直接访问;并且虽然扫描隧道能谱（STS）是局部电子结构的直接探针，但对2D-TMD中点缺陷的原子分辨STM图像的化学性质的解释可能是模糊的。因此，在2D-TMD中，点缺陷作为空位或不同种类的替代原子的分配，以及它们对它们的电子性质的影响，一直不一致，缺乏共识。在这里，我们结合低温非接触式原子力显微镜（nc-AFM），STS，和国家的最先进的从头计算密度泛函理论（DFT）和GW计算，以确定最丰富的个人硫属元素常见的2D-TMD网站缺陷的结构和电子特性。令人惊讶的是，我们没有观察到任何探测的硫族元素缺陷的IGS。我们的研究结果和分析强烈表明，在我们的2D-TMD，在标准环境中制备和测量，常见的硫族元素缺陷是替位氧，而不是空位。
2020-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the Electronic Properties of Monoclinic (InxAl1-x)2O3 Alloys via Substitutional Donors and Acceptors
该研究采用密度泛函理论与HSE06泛函，对(InxAl1-x)2O3合金的多种施主、受主掺杂性质开展原子尺度模拟，发现Hf、Zr是优异备选施主，Mg等受主可补偿n型掺杂以制备半绝缘层。
2025-10-06 cond-mat.mtrl-sci
$Ab$ $initio$ Study of Substitutional Defects in Li$_{3}$OCl Solid Electrolyte for Li-ion Batteries
University of Missouri Research Reactor, University of Missouri（密苏里大学研究反应堆，密苏里大学）；Department of Physics and Astronomy, University of Missouri（密苏里大学物理与天文学系）；Materials Science and Engineering Institute, University of Missouri（密苏里大学材料科学与工程研究所）；Department of Chemical and Biomedical Engineering, University of Missouri（密苏里大学化学与生物医学工程系）
本研究通过密度泛函理论计算，探讨了中子辐照产生的B、He、H替代缺陷对反钙钛矿固态电解质Li$_3$OCl缺陷化学的调控作用，为全固态电池材料设计提供了新策略。
2026-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Comparative study of defect energetics in HfO2 and SiO2
基于密度泛函理论，我们对单斜晶系氧化铪（m-HfO 2）和α-石英（SiO2）中的替位和空位缺陷进行了从头计算.研究了HfO_2和SiO_2中的中性氧空位和替位Si、Hf缺陷。我们的计算结果表明，对于一个大范围的Hf化学势，Si的替代缺陷是最有可能形成在HfO 2，导致在HfO 2/Si界面处的硅酸盐层的形成。我们还发现，它是更有利于在SiO2中形成氧空位比在HfO 2，这意味着缺氧HfO 2生长在SiO2的顶部将消耗从SiO2的氧。
2003-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Lattice Expansion of (Ga,Mn)As: The Role of Substitutional Mn and of the Compensating Defects
我们应用密度泛函方法测定了含Mn_Ga，Mn_int和As_Ga杂质的GaAs超晶胞的晶格常数，并用线性插值法描述了Ga_{1-x} Mn_xAs的晶格常数a与杂质浓度的关系.超晶胞计算结果证实Mn_Ga对晶格膨胀没有贡献。α的增加是由于Mn_int和As_Ga两者，它们都是在与x成比例的生长态（Ga，Mn）As中产生的，并且它们最可能也以显著的量存在于最好的退火材料中。
2005-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Dopant-Dopant Interactions in Beryllium doped Indium Gallium Arsenide: an Ab Initio Study
采用从头算方法研究了掺铍InGaAs中掺杂剂-掺杂剂相互作用。我们考虑各种间隙和替代缺陷及其组合的缺陷形成能。我们发现，所有的替代替代相互作用可以忽略不计。另一方面，涉及间隙缺陷的相互作用是显著的。特别地，间隙Be在一个/两个BeGa替代物的存在下稳定约0.9/1.0 eV。Ga间隙也基本上由Be介电体稳定。两个Be原子可以形成亚稳态的Be-Be-Ga配合物，其离解能为0.26eV/Be。因此，在精确的Be掺杂InGaAs模型中，应考虑间隙缺陷和缺陷-缺陷相互作用。我们建议，In和Ga应被视为单独的原子，而不是像以前那样被归为一个有效的III族元素。我们确定了掺杂剂为中心的状态，这表明在有限温度下存在其他电荷状态，特别是存在Beint+1（与0 K时的Beint+2相反）。
2017-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Towards $\textit{ab initio}$ identification of paramagnetic substitutional carbon defects in hexagonal boron nitride acting as quantum bits
讨论了六方氮化硼（hBN）中的顺磁替位碳（C $_\text{B}$，C $_\text{N}$）缺陷作为量子比特的候选者。它们的识别和适用性接近通过光致发光（PL），电荷跃迁，电子顺磁共振，光检测磁共振（ODMR）光谱。通过高效的平面波周期性超原胞\textit{ab initio}密度泛函理论方法揭示了其中几个明显的趋势。特别是，这产生了对C $_\text{B}$和C $_\text{N}$之间的分离的作用的洞察。在大多数情况下，中性和单电荷的基态的缺陷之间的电荷跃迁被预测为实验上可访问的，因为电荷跃迁能级（CTL）的位置位于带隙内。还讨论了\textit{A posteriori}的电荷修正。通过与最近观察到的PL和ODMR光谱的比较，发现了实验孤立的单自旋中心作为中性C $_\text{B}$点缺陷的近似识别。
2021-07-21 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph quant-ph
Direct prediction of the solute softening-to-hardening transition in W-Re alloys using stochastic simulations of screw dislocation motion
位错和溶质原子之间的相互作用是金属塑性中几个重要过程的基础。在体心立方（bcc）金属和合金中，低温塑性流动由螺旋位错滑移控制，已知螺旋位错滑移通过两个连续\emph{Peierls}谷的扭结对的成核和侧向弛豫而发生。在合金中，位错和溶质通过长程应力场耦合和短程非弹性相互作用影响彼此的动力学。已知在某些替代体心立方合金中，在临界浓度下观察到从溶质软化到溶质硬化的转变。本文建立了替代式W-Re合金中螺型位错滑动和溶质扩散的动力学蒙特卡罗模型。我们发现，位错动力学是由两个竞争机制。在低溶质浓度下，成核增强的Peierls应力的软化，克服了弹性排斥的Re原子扭结。这种趋势在较高浓度下逆转，导致浓度和温度相关的流动应力最小。这个最小值标志着从溶质软化到硬化的过渡，这被认为是在合理的协议与实验。
2017-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Energetic, structural and electronic features of Sn-, Ga-, O-based defect complexes in cubic In2O3
采用密度泛函理论研究了含Sn、Ga和O杂质的立方In2O3晶体的缺陷能形成、晶格畸变和电子结构.不同类型的点缺陷，由1至4个原子的Sn，Ga和O的替代和间隙（结构空位）的位置，进行了检查。结果表明，替代Ga和Sn缺陷的形成是自发的，而间隙缺陷的形成需要激活能。研究发现间隙Ga缺陷的施主行为，导带分裂为轻、重电子两个子带。间接地，间隙O缺陷表现出受体样的行为与形成的受体能级或带隙内的子带。所得结果对于准确描述含替位和间隙缺陷的In_2O_3中的输运现象具有重要意义。
2020-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hf defects in HfO2/Si
研究了HfO 2 Si基金属氧化物半导体器件中Si沟道中存在Hf缺陷的可能性。我们用从头计算密度泛函理论研究了c-Si中不同电荷态的替位和间隙Hf杂质。结果表明：1）四面体间隙缺陷比替位缺陷在能量上更有利; 2）Si带隙中存在多种稳定的电荷态。由于库仑散射，Si沟道中可能存在的这些带电杂质可能导致迁移率降低。
2006-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Universal correlation between electronic factors and solute-defect interactions in bcc refractory metals
溶质原子与晶体缺陷（如空位、位错和晶界）之间的相互作用在决定固溶体合金的物理、化学和机械性能方面起着至关重要的作用。在这里，我们提出了一个普遍的相关性之间的两个电子因素和溶质-缺陷的相互作用能的二元合金的体心立方（bcc）难熔金属（如W和Ta）与过渡金属替代溶质。一个电子因素是双峰的d-轨道局域态密度的基质原子在取代位点，和其他有关的杂化强度之间的价sp-和d-带相同的基质原子。值得注意的是，相关性是独立的类型的缺陷和替代网站的位置，下面的线性关系，为一个特定的溶质矩阵元素对。我们的研究结果提供了一个新的和定量的指导工程的基础上的电子结构的合金中的溶质-缺陷的相互作用。
2019-01-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ab-initio calculation of the Gilbert damping parameter via linear response formalism
基于线性响应形式主义，给出了吉尔伯特阻尼参数$α$的Kubo-Greenwood方程。它的实施使用完全相对论性的Korringa-Kohn-Rostoker（KKR）能带结构方法与相干势近似（CPA）合金理论相结合，使其能够应用于广泛的情况。这是证明与bcc合金系统Fe $_x$ Co $_{1-x}$以及为坡莫合金与5d过渡金属的一系列合金获得的结果。为了解释原子的热位移作为一种散射机制，合金类模型被引入。Ni的相应计算正确地描述了当引入少量替代Cu时$α$的快速变化。
2011-02-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Long-range interactions between substitutional nitrogen dopants in graphene: electronic properties calculations
石墨烯作为一种真正的二维晶体，具有特殊的性质。特别地，石墨烯中的点状缺陷可能具有长范围的影响。这种特殊性的问题的有效性，使用一个超级细胞的几何形状，试图探索一个孤立的缺陷的属性。尽管如此，这种方法经常用于从头计算电子结构计算。这种方法如何收敛于超级原胞的大小通常不会解决，原因很明显，就是要将计算负载保持在可承受的水平。本论文研究了石墨烯的取代氮掺杂问题。DFT计算已经进行了9x9和10x10的超级细胞。虽然这些计算对应的N浓度相差约10%，发现缺陷上和周围的局部态密度显着依赖于超晶胞的大小。拟合DFT结果的紧束缚哈密顿量使得有可能探索的替代N原子的随机分布的影响，在有限浓度的情况下，并接近孤立的杂质的情况下，当浓度为零。紧束缚哈密顿量被用来计算孤立的N原子周围的石墨烯的STM图像。还计算了掺杂有0.5%浓度氮的石墨烯的STM图像。结果进行了讨论，在最近的实验数据和计算的结论扩展到其他点缺陷的石墨烯。
2012-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Efficient route to achieve superconductivity improvement via substitutional La-Ce alloy superhydride at high pressure
研究在高压hcp CeH9中以La随机取代半数Ce，合成多元(La, Ce)H9，在约110 GPa制备并实现最高178 K的Tc，较CeH9提升50–80 K。
2022-04-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Linking Electronic Bonding and Short-range Order to Strength in $α$-Titanium Alloys: A First-Principles Study
IITK（印度理工学院坎普尔分校）
该研究基于第一性原理，结合DFT计算与ICOHP等量子化学描述符，揭示了α钛合金中置换原子短程有序对电子键合及力学性能的影响，开发出超越传统经验方法的抗拉强度预测模型，为高性能结构材料计算设计提供了重要进展。
2026-08-18 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
$\textit{Ab Initio}$ Theory of the Impact from Grain Boundaries and Substitutional Defects on Superconducting Nb$_3$Sn
晶界在超导Nb $_3$ Sn的应用中起着关键作用：在直流应用中，晶界通过钉扎磁通保持材料固有的高临界电流密度，而在交流应用中，晶界可以提供磁通进入的薄弱点并导致显著的耗散。我们提出了第一个$\textit{ab initio}$研究，探讨不同的边界类型的物理在Nb $_3$ Sn使用密度泛函理论。我们确定了一个积极有利的选择倾斜和扭曲晶界的不同取向。我们发现，干净的晶界点缺陷减少费米能级态密度的两个因素，效果衰减回体电子结构$\sim1-1.5$ nm的边界。我们进一步计算锡替代缺陷的结合自由能多个边界，发现一个强大的电子相互作用，延伸到一个距离相当于减少的状态密度。与此相关的相互作用，我们发现了一个普遍的趋势，在边界附近的缺陷电子熵。我们探测缺陷偏析对晶界电子结构的影响，并计算替代杂质对费米能级态密度在晶界附近的影响，发现钛和钽有很小的影响，无论位置，而锡，铜，铌缺陷都有显着的影响，但只有在远离边界核心的网站。最后，我们考虑如何所有这些影响的局部超导转变温度$T_\textrm{c}$的函数，从边界平面的距离。
2020-09-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.comp-ph
Stability and dopability of native defects and group-V and -VII impurities in single-layer MoS2
通过密度泛函理论计算研究了单层MoS 2中的本征缺陷、VB族和VIIB族元素的Mo替代杂质以及VA族和VIIA族元素的S替代杂质。结果表明，在富Mo和富S条件下，S空位（VS）和S间隙（Si）的形成能较低，约为1 eV，但由于它们是深能级缺陷，其载流子掺杂能力较差。发现V、Nb和Ta（VB族）和Re（VIIB族）杂质容易作为Mo替代缺陷并入单层MoS 2中，其中V、Nb和Ta是浅受主，Re是所考虑的杂质中唯一的浅施主。从自然生长的MoS 2块体材料剥离的单层MoS 2中的无意的n型掺杂被认为是源于Re杂质。
2013-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Substitutional tin acceptor states in black phosphorus
通常发现标称纯的黑磷（BP）是p型半导体，表明普遍存在杂质物质或本征带电缺陷。此外，黑磷的扫描隧道显微镜（STM）图像揭示了叠加在表面原子晶格上的长程双叶缺陷特征的存在。我们表明，BP的p型掺杂和STM图像中观察到的缺陷特征都可以归因于替位锡杂质。我们表明，通过两种常见的合成途径产生的黑磷样品中含有锡杂质，我们证明了替代锡杂质的基态是带负电荷的费米能级的位置范围内的BP带隙。锡杂质的局部负电荷在带隙中诱导类氢态，并且位于价带边缘的2p能级引起STM图像中观察到的双叶特征。
2021-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theoretical study of N-complexes in carbon nanotubes
我们通过密度泛函理论的总能量计算，对碳纳米管中取代型氮缺陷的最稳定结构进行了系统的理论研究。对（5，5）和（8，0）纳米管进行这些计算以检查手性的影响，并对石墨烯片进行这些计算以检查无限直径的极限。在所有这些系统中，我们发现，无论是取代氮或结构包含两个空缺包围四个吡啶类环具有最低的形成能，这取决于氮的化学势的值。这些缺陷在纳米管中具有比在石墨烯片中更低的形成能。
2007-01-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Effects of dilute substitutional solutes on carbon in $α$-Fe: interactions and associated carbon diffusion from first-principles calculations
采用第一性原理计算结合动力学蒙特卡罗模拟，系统研究了置换溶质对碳在$α$ -Fe中行为的影响.我们的研究结果表明：（$i$）在没有Fe空位的情况下，由于应变释放，大多数溶质与碳之间的相互作用是排斥的，而由于局部铁磁耦合效应，Mn与其最近邻碳之间具有弱吸引相互作用。（$ii$）Fe空位的存在导致所有溶质与碳的吸引相互作用。特别地，Mn-空位对显示出与碳的-0.81eV的异常大的结合能。（$iii$）合金化添加显著影响Fe基体中碳的原子尺度浓度分布和化学势。（$iv$）在稀溶液范围内，Mn对碳扩散影响不大，而Cr（Al或Si）对碳扩散有明显的抑制作用。研究结果为更好地理解铁素体钢中碳的溶解极限、碳的显微偏析和碳化物析出等实验现象提供了一定的理论依据。
2014-07-11 cond-mat.mtrl-sci
The effect of local chemical ordering on dislocation activity in multi-principle element alloys: a three-dimensional discrete dislocation dynamics study
多组分合金中强度和延展性的优异组合通常归因于位错与合金中各种溶质原子的相互作用。为了研究这些合金的机械性能的影响，有必要开发一个建模框架，能够量化这些溶质的位错网络的演变的影响。大规模的三维（3D）离散位错动力学（DDD）模拟可以提供访问这样的研究，但迄今为止没有相关的方法，目的是一个完整的代表性的真实合金与任意的化学成分。在这里，我们介绍了一个配方的位错与替代溶质原子在fcc合金中的3D DDD模拟，占溶质强化引起的原子失配以及交叉滑移激活能的波动。使用这个模型，我们表明，各种CrFeCoNi基多主元素合金（MPEA）的化学成分的局部波动导致缓慢的位错运动，频繁的交叉滑移和对齐的位错与溶质聚集功能，解释相关的机械行为和位错活动的实验观察。它还表明，这种行为观察到的某些MPEAs不能通过假设一个完美的固溶体再现。该方法也为进一步研究具有替代溶质的任意面心立方合金的位错塑性提供了基础。
2021-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect Modulated Band Modification in Ion Implanted MgO Crystal: Experimental and Ab Initio Calculations
缺陷产生和消除是器件制造中的基本概念。本文研究了MeV的Ni离子辐照在MgO中引起的价带和导带之间的缺陷态对光学带隙的影响。离子注入MgO单晶产生的替位缺陷态以及F（阴离子空位中心）、$F_2$、其它氧空位中心和V（阳离子空位中心）中心可作为细丝应用于基于价电荷存储的阻变存储器中。通过改变电子能带结构，确定了光学带隙随Ni离子注量的变化。密度泛函理论（DFT）计算有助于理解由MgO结构组成的空位和替位缺陷的电子能带结构的演化。
2022-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic model of solute site preferences in ordered alloys
基于质量作用定律的热力学模型被用来计算元素点缺陷的浓度，并确定有序合金中溶质原子的位置偏好。的晶格空位，反位原子和主机的晶体形成平衡缺陷的组合枚举CsCl（B2）和Ni 2Al 3结构。对于氯化铯，除了两个替代网站，扭曲四面体间隙网站被认为是。对于Ni_2Al_3，考虑了Ni位、两个不同的Al位和一个空位的间位型Ni位。导出了适用于任何晶体结构的元素缺陷浓度之间的约束方程。所选缺陷的浓度可以使用约束方程结合缺陷组合的质量作用方程来求解。该方法直接导致缺陷的浓度，而不需要评估成分依赖的化学势，从而导致更透明的形式主义。该模型被用来探讨稀三元溶质原子的位置偏好现象。研究结果与仅限于替代部位的既往治疗一致。通过代数分析和数值模拟，得到了非化学计量比化合物中溶质S位置偏好随温度和组成变化的一般规律：（1）溶质S倾向于占据元素中有缺陷的取代位置; (2)如果S在A位和B位上的能量差非常正或非常负，则S将独占B位或A位，与成分无关。如果位能差是中等的，则溶质将随着组成的变化从一个位切换到另一个位。(3)溶质具有占据间隙或空晶格位点的趋势，其中最大位点分数接近化学计量组成。
2015-01-27 cond-mat.mtrl-sci
A substitutional quantum defect in WS$_2$ discovered by high-throughput computational screening and fabricated by site-selective STM manipulation
本文通过高通量第一性原理计算筛选WS₂中700多种替位缺陷，发现中性钴替位硫（Co_S⁰）为最有前景的量子缺陷，并用STM位点选择性操控成功制备，实验电子结构与理论一致，展示了计算筛选与新型合成结合设计量子缺陷的路径。
2024-11-20 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Substitutional oxygen as the origin of the 3.5 eV luminescence in hexagonal boron nitride
Warsaw University of Technology（华沙理工大学）；Center for Physical Sciences and Technology (FTMC)（物理与工程技术中心）
研究揭示六方氮化硼中3.5 eV发光源于中性氧取代氮的空位捕获，通过理论计算与实验验证了其发射机制及几何结构变化。
2026-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Lattice Defects and the Mechanical Anisotropy of Borophene
采用密度泛函理论结合半经验vanderWaals色散修正，研究了硼化物中的晶格缺陷，包括硼空位、替位和填隙X（X=H，C，B，N，O）以及$Σ$ 5倾斜晶界的稳定性及其对该二维系统各向异性力学性能的影响.原始硼化物具有显着的面内杨氏模量和泊松比各向异性，由于其强大的和高度协调的B-B键。B空位和$Σ$ 5晶界的形成能分别为0.10 eV和0.06 eV/ $Å$，因此它们的浓度可能相当高。此外，我们的研究结果还表明，硼氢化物可以很容易地与H $_2$，O $_2$和N $_2$接触时，这些分子的反应。我们发现，这些缺陷的硼化物的机械性能显着下降。然而，泊松比的各向异性可以通过其中一些来调节。吸附的H或取代的C可使硼氢化物的泊松比显著降低，而取代的C或N则可显著提高硼氢化物的泊松比。
2017-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Towards quantitative inference of nanoscale defects in irradiated metals and alloys
量化暴露于极端辐射环境中的金属和合金中形成的纳米级缺陷的数量仍然是材料科学中的一个紧迫挑战。这些缺陷从根本上改变了材料特性，并导致长期性能退化，这通常会限制工程系统的寿命。与陶瓷和半导体材料不同，金属和合金中的这些缺陷在光谱上不活跃，迫使表征依赖于间接测量，从中可以推断出纳米级缺陷的分布。在这个小型的审查，不同的实验方法，已被用于缺陷推理突出捕捉当前的最先进的。在这一领域的未来发展方向提出了，其中，通过结合数据流从多个和互补的表征方法与多尺度建模和模拟，将使最终目标的量化辐照金属和合金的缺陷的全谱。
2022-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Contributions of point defects, chemical disorder, and thermal vibrations to electronic properties of Cd(1-x)Zn(x)Te alloys
基于第一性原理密度泛函理论研究了半导体合金Cd（1-x）Zn（x）Te（x<0.13）中最重要的本征缺陷的热力学和电子学性质.该合金是由一组超晶胞与无序的Cd/Zn亚晶格。缺陷形成能以及电子和光学跃迁能级作为一个功能的组合物进行了分析。我们发现，除了中性Te空位的缺陷形成能增加与Zn含量。这种行为是定性相似，但定量而不同的纯碲化镉的缺陷性质的体积应变的效果。最后，得到了点缺陷、合金无序和声子的相对载流子散射强度。它表明，对于现实的缺陷浓度载流子迁移率是有限的声子散射温度高于约150 K。
2012-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Point defects in CdTe and CdTeSe alloy: a first principles investigation with DFT+U
本文采用DFT+U第一性原理计算，全面研究了CdTe和CdTeSe合金中的本征与外来缺陷特性，揭示了缺陷对材料电学和光学性质的影响。
2024-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Elastic dipole tensors and relaxation volumes of point defects in concentrated random magnetic Fe-Cr alloys
用密度泛函理论和弹性力学理论研究了体心立方Fe、Cr和集中随机磁性Fe-Cr中的点缺陷。铁磁性bcc Fe中的替位Cr原子的体积比主体Fe原子的体积大约18%，而反铁磁性bcc Cr中的替位Fe原子的体积比主体Cr原子的体积小约5%.弹性偶极子$\boldsymbol{P}$和弛豫体积$\boldsymbolΩ$张量的空缺和自间隙原子（SIA）缺陷表现出大的波动，与空缺具有负和SIA大的正弛豫体积。空位的偶极张量在整个合金成分范围内几乎是各向同性的，对角元素$P_{ii}$作为Cr含量的函数而减小。Fe-Fe和Fe-Cr SIA哑铃状结构比Cr-Cr哑铃状结构具有更大的各向异性。SIA缺陷的弹性偶极张量的波动主要与哑铃形的可变晶体学取向有关。用主不变量分析了张量$\boldsymbol{P}$和$\boldsymbolΩ$的统计性质，表明在原子分数低于10%和高于10%的合金中，点缺陷有明显的不同. CR.空位的弛豫体积敏感地取决于它是否占据Fe或Cr晶格位置。在这项研究中发现的缺陷的弹性弛豫体积和磁矩之间的相关性表明，磁性是影响Fe-Cr合金中的缺陷的弹性场的一个重要因素。
2020-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and atomic structure of complex defects in highly n-type doped ZnO films
采用第一性原理电子结构计算方法研究了Ga和Al掺杂ZnO薄膜中的点缺陷。候选人的缺陷，以解释最近观察到的差异，这两个系统的电气和光谱行为。Ga-ZnO中的替代掺杂解释了电学性质的金属行为。间隙氧与取代Ga的复合物可以作为受体并引起部分补偿，以及在光电发射实验中观察到的导带最小值以下的带隙状态。Zn空位也可以充当补偿受主。另一方面，Al-ZnO的半导体化行为以及与纯ZnO相比光学带隙的微小变化，可以用受主Zn空位和替代Al施主之间几乎完全的补偿来解释。间隙Al也可以是施主能级，并且可以是在费米能级以下的光电发射实验中观察到的小带的起源。替位Al与间隙氧的组合可同时作为上述光电发射带的补偿受主和产生子。理论计算采用密度泛函理论在广义梯度近似下进行。在选定的情况下，DFT计算与半局部精确交换混合泛函已被执行。在相应的掺杂水平的Ga-ZnO和Al-ZnO的光电子能谱的结果进行了比较。
2013-11-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Defect and solute properties in dilute Fe-Cr-Ni austenitic alloys from first principles
我们提出了一套广泛的第一性原理密度泛函理论计算的点缺陷的形成，结合和聚集能在奥氏体铁与稀浓度的铬和镍溶质。
2012-09-12 cond-mat.mtrl-sci
KP-approach for non-symmetric short-range defects: resonant states and alloy bandstructure
在KP方法的框架下，考虑到包络函数方程中势能的矩阵结构，研究了具有约化对称性的短程缺陷。考虑了窄禁带半导体中缺陷沿[001]、[110]或[111]方向不对称的情况。在Koster-Slater近似下分析了单个缺陷处的共振态。讨论了非对称杂质对合金能带结构的影响，并引入了广义虚晶近似。
2002-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Study of Magnetic Moments Induced by Defects at the SiC (110) Surface
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算和SIESTA程序，研究了不同表面缺陷对立方$β$ -SiC（110）表面原子和电子结构的影响.在计算中，允许每个原子有不同自旋布居的可能性。我们发现，虽然C表面碳原子吸附氧或氮以及吸附氢不会在SiC（110）上产生磁矩;但Si空位、Si位点的替代C以及硅表面位点吸附的H或F会在靠近缺陷的碳原子处产生高达0.7 $μ_{B}$的局部磁矩。局域磁矩排列从H吸附时的铁磁变为Si空位和替位C时的反铁磁。H吸附在Si表面原子的情况下进行了详细讨论。结果表明，磁性主要是由于C价轨道的局域性。
2010-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
