Migration barriers for diffusion of As and P atoms in InP and InAs via vacancies and interstitial atoms
本文用密度泛函理论计算InP和InAs中As、P原子经空位和间隙原子扩散的迁移势垒，发现间隙机制能垒更低但形成能更高，两种机制总激活能相当。
2024-04-02 cond-mat.mtrl-sci
GW electronic structure calculations of Co doped ZnO
最近在掺杂ZnO样品中发现了引起钴的3 $d$内发光的点缺陷\cite{pssb2019}。在这项工作中，我们进一步扩展我们的调查，在Co掺杂ZnO的其他点缺陷。利用密度泛函理论和GW计算方法确定了钴掺杂氧化锌（ZnO）的轨道分辨能带结构。我们发现，主要是O-p和Co-d轨道参与的过程中，并确认附近的钴原子的氧间隙是一个可能的缺陷发生在Co注入ZnO样品。我们还排除了ZnO中的其他共同点缺陷可以负责所观察到的内部3 $d$过渡。最后，我们建议，涉及氧的缺陷配合物可以用来促进钴掺杂ZnO样品的铁磁性。
2019-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Optical Property Study of Charge Compensated (Si, Na) Co-doped ZnO
ZnO与Na+和Si 4+以2：1的比例共掺杂。有意地选择该比率，使得掺杂剂的净价态理论上与主体的净价态匹配。这是为了避免对由掺杂剂的阳离子价态引起的氧空位/空位的量的依赖性。通过这种组合，结构和光学性质的改变不取决于掺杂剂电荷状态的过量或不足。对于较低的掺杂，Na+离子表现为间隙位点，其增强应变、晶格无序并由此产生缺陷。间隙缺陷的形成导致带隙能量的降低并产生橙红色发光。对于更高的掺杂，Na+开始在Zn 2+位点取代，这有助于减少应变和晶格无序，从而增加带隙。尽管存在具有较高电荷的Si 4+，但由于晶格无序，氧空位逐渐增加。
2018-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Clustered vacancies in ZnO: Chemical aspects and consequences on physical properties
ZnO中点缺陷的化学性质，它们的偏析，簇或复合物的形成是一个重要的研究领域。在这份报告中，1.2 MeV的Ar离子束被用来将颗粒ZnO中的缺陷。用XPS、PL和Raman光谱研究了辐照能量密度为1 x 10^14和1 x 10^16 ions/cm 2时缺陷态的演化。XPS研究表明，在Ar离子辐照的ZnO中存在氧空位（VO）。Zn（LMM）俄歇谱清楚地识别出辐照样品中涉及金属锌的跃迁。所有样品的10 K光谱中都可见IZn相关浅施主束缚激子（DBX）的强PL发射。虽然整体PL大大减少与辐照无序，DBX强度增加的最高通量辐照样品。拉曼光谱研究表明，高能离子束对锌和氧亚晶格都有损伤。从涉及VO，IZn和IO的缺陷复合物的代表性拉曼模式是可见的照射后，与中间通量。注量的进一步增加在某种程度上显示了无序的均匀化。对于该样品还注意到电阻的巨大降低。当然，高辐照能量密度诱导的常规（和高电阻）的颗粒状ZnO的晶界（GB）结构的定性修改。低电阻路径，涉及IZn相关的浅施主，跨越GB可以被假定为解释电阻降低。随着辐照能量密度的增加，开孔体积（VZn和VO）越来越多地聚集，最终转化为空洞。结果作为一个整体已经阐明了一个模型，强调可能的演变新的缺陷的微观结构，是明显不同的GB相关的障碍。在此基础上，对无序ZnO中常见的辐射硬度、着色和铁磁性等现象给出了定性解释。
2017-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Nuclear magnetic resonance of ion implanted $^8$Li in ZnO
我们报告的稳定性和磁性状态的离子注入$^8$锂在单晶的半导体ZnO使用$β$检测核磁共振。在超稀浓度下，光谱显示出从7.6到400 K的不同Li位点。电离的浅施主间隙Li在整个温度范围内是稳定的，证实了其自补偿其（Zn）替代对应物的受主特性的能力。在300 K以上，自旋-晶格弛豫表明相互作用缺陷的相关局部运动的开始，并且光谱显示从无序配置到替代的位置变化过渡。与间隙原子一样，替代原子也没有分辨出超精细分裂，表明它在210 K以上也完全电离。间隙$^8$ Li处的电场梯度表现出显著的温度依赖性，具有非立方金属的典型幂律。
2021-09-17 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
An improved interstitial-ice model for pure liquid water
冰-冰模型的主要思想是液态水由一个完整的六方晶格组成，其中既有空位，又有间隙水分子。Narten、Danford和Levy从液态水的X射线衍射图中推导出模型参数。然而，他们的结果是违反直觉的：他们的模型几乎没有空位，间隙浓度与温度无关，冰晶格变形导致额外的各向异性。为了克服这些问题，我们改进了模型，并从纯水的质子核磁共振频率导出了模型参数。在没有任何额外的各向异性的情况下，发现了显著浓度的空位（在0°C下为晶格位置的3.7%），并且空位和空位的浓度均随温度准线性地增加（0.05 M/°C）。这种改进的模型成功地解释了水的热力学数据，因此是一个有前途的候选人的连贯性和分析水模型。
2020-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Li diffusion in pristine and defective ZnO
本研究通过DFT和NEB计算发现，在ZnO的三种点缺陷中，仅氧空位能降低Li间隙扩散能垒，从而可能增强Li扩散动力学，而锌空位虽降低能垒但会捕获Li形成替代缺陷。
2021-07-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Electronic structure of gadolinium complexes in ZnO in the GW approximation
本征缺陷的作用进行了研究，以确定在ZnO中的Gd配合物的结合能和电子结构。利用密度泛函理论和GW方法研究了Gd掺杂ZnO的电子结构与空位和杂质的关系。然而，Gd- $f$和$d$状态的强局部化表明在该材料中载体介导的铁磁性可能难以实现。
2017-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Defect thermodynamics of orthorhombic Ba$_2$In$_2$O$_5$: First-principles calculations on the role of oxygen dumbbell interstitials
Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）
利用第一性原理计算，研究了Ba$_2$In$_2$O$_5$中氧哑铃间隙原子的存在及其对缺陷热力学的影响，揭示了氧空位和间隙原子主导的本征缺陷化学。
2026-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Attracting shallow donors: Hydrogen passivation in (Al,Ga,In)-doped ZnO
ZnO中的氢间隙和Al_Zn、Ga_Zn、In_Zn的替位都是浅施主，导致ZnO的n型导电。虽然浅施主预计相互排斥，我们表明，通过第一性原理计算，在ZnO这些浅施主杂质吸引，形成一个复杂的，导致施主能级深的带隙。这限制了在氢存在下掺杂（Al，Ga，In）的ZnO的n型导电性。
2012-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Accurate Point Defect Energy Levels from Non-Empirical Screened Range-Separated Hybrid Functionals: the Case of Native Vacancies in ZnO
本研究采用非经验性调谐的筛选范围分离杂化（SRSH）泛函结合密度泛函理论（DFT），计算ZnO中本征锌、氧空位点缺陷的电子性质及缺陷能级，结果与实验高度一致，为缺陷物理提供低成本高精度的非经验性第一性原理计算框架。
2025-04-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Correlation of the role of Li-doping in control of O-vacancies and Li interstitial formations in NiO with electrochemical properties
本研究通过在NiO中掺杂Li⁺，探究其对结构、声子、电子及电荷存储性能的影响，揭示了氧空位、Ni³⁺形成与Li掺入的关联，发现3%掺杂时电荷存储性能最优，6%掺杂因Li间隙生成性能下降。
2025-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Role of oxygen interstitials in Zn1-xGaxO for faster response to UV light
掺杂镓（Ga 3+）的ZnO表现出更好的结晶性质和导电性增加。潜在的缺陷状态被抑制。然而，由于Ga 3+的较大电荷，产生控制感测速度的氧电子。电导增加的结果减少的缺陷状态，特别是氧空位。光电流随着镓的掺入而增加，但电流的更强烈增加会降低灵敏度。
2019-02-24 cond-mat.mtrl-sci
A first-principles study of carbon-related energy levels in GaN. Part I - complexes formed by substitutional/interstitial carbons and gallium/nitrogen vacancies
采用Heyd-Scuseria-Ernzerhof杂化泛函在密度泛函理论的框架内的第一性原理计算GAN中的各种形式的碳基复合物进行了研究。我们考虑由单一杂质的组合制成的碳络合物，即$\mathrm{C_N-C_{Ga}}$、$\mathrm{C_I-C_N}$和$\mathrm{C_I-C_{Ga}}$，其中$\mathrm{C_N}$、$\mathrm{C_{Ga}}$和$\mathrm{C_I}$分别表示C取代氮、C取代镓和间隙C，以及相邻镓/氮空位（$\mathrm{V_{Ga}}$ / $\mathrm{V_N}$）的组合，即$\mathrm{C_N-V_{Ga}}$和$\mathrm{C_{Ga}-V_N}$。在对所有这些构型进行几何优化后，计算了它们在不同电荷状态下的形成能。从我们计算的形成能，热力学过渡水平进行评估，这是相关的实验技术，如深能级瞬态光谱中观察到的热激活能。此外，晶格弛豫能（Franck-Condon位移）的计算，以获得光学激活能，这是观察到的实验技术，如深能级光谱。我们比较我们的计算值的活化能与实验观察到的C-相关的陷阱能级的能量，并确定这些陷阱，这是未知的物理起源。
2017-06-17 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
Oxygen Point Defect Chemistry in Ruddlesden-Popper Oxides (La$_{1-x}$Sr$_{x}$)$_{2}$MO$_{4{\pm}δ}$ (M = Co, Ni, Cu)
用密度泛函理论研究了Ruddlesden-Popper氧化物（La $_{1-x}$ Sr $_{x}$）$_{2}$ MO $_{4{\pm}δ}$（M = Co，Ni，Cu）中氧点缺陷的稳定性，确定了它们的稳定位、电荷态和能量随Sr含量（$x$）、过渡金属（M）和缺陷浓度（δ）的变化关系.我们表明，占主导地位的O点缺陷可以改变氧化物，过氧化物，和空位。通常，增加$x$和M的原子序数使过氧化物相对于氧化物晶体稳定，以及使空位相对于过氧化物和氧化物晶体稳定;增加δ使氧化物晶体和空位不稳定，但几乎不影响过氧化物晶体。我们还表明，O 2 $p$带中心是这些材料的一个强大的描述符，并与所有的缺陷的形成能线性相关。从氧化化学和电子结构的角度解释了生成能随$x$、M和δ的变化趋势以及与O2 $p$带中心的相关性。
2016-06-09 cond-mat.mtrl-sci
A First Principles Investigation of Native Interstitial Diffusion in Cr2O3
第一性原理密度泛函理论（DFT）研究了α-Cr2 O3中的自扩散机制，结果表明，自扩散机制中的空位比空位更易迁移. Cr金属原子占据未占据的Cr亚晶格位置，这些位置由6个O原子八面体配位，并且O金属原子形成沿[221]方向（对角线）取向的哑铃构型。计算结果表明，在富氧条件下，中性氧杂质占主导地位，而在富铬条件下，+2和+1电荷态的Cr杂质占主导地位。与空位类似，O和Cr晶体的电荷跃迁能级都位于带隙的深处。输运计算揭示了丰富多样的间隙扩散机制，是物种，电荷和取向依赖。在两步过程中，Cr间隙原子优选地沿着Cr晶格的对角线扩散，经由在相邻Cr双层中包括Cr间隙原子和相邻Cr Frenkel缺陷的中间缺陷复合体。这一机制类似于空位介导的Cr沿c轴扩散，具有中间Cr空位和Cr Frenkel缺陷组合。相反，氧自由基通过键转换机制扩散。处于-1和-2电荷状态的O型化合物与中性O型化合物相比具有非常高的迁移率。
2018-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic defects promote ferromagnetism in Zn1-xCoxO
实验研究表明，Zn 1-xCoxO作为薄膜或纳米晶体具有铁磁性和高于室温的居里温度，并且Zn 1-xCoxO的p型或n型掺杂可以改变其磁性状态。体Zn 1-xCoxO具有低的缺陷密度和在实验薄膜研究中使用的范围内的x仅在非常低的温度下表现出铁磁性。因此，薄膜样品或纳米晶中的缺陷可能在促进Zn 1-xCoxO中Co离子间的磁相互作用中起重要作用。采用B3 LYP杂化密度泛函方法计算了ZnO中Co取代Zn、Zn和O空位、N取代和间隙Zn的电子结构. B3 LYP泛函预测的带隙为3.34 eV的散装ZnO，接近实验值3.47 eV。占据的少数自旋Co 3d能级位于价带的顶部，未占据的能级位于导带最小值上方。大多数自旋Co 3d水平杂交强烈与体ZnO状态。中性O空位和间隙Zn分别是深施主和浅施主。Zn空位是深受主，N空位的受主能级处于中能隙。通过计算含有两个Co离子和一个氧空位、取代N或间隙Zn的ZnO超电池在不同电荷状态下的磁态总能量，研究了p型或n型掺杂促进Co离子交换耦合的可能性.中性的N缺陷和带正电荷的O空位是仅有的两种在中程强烈促进Co离子铁磁交换耦合的缺陷。
2005-12-05 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
A first-principles investigation of the diffusivities of oxygen and oxygen defects in ThO$_2$
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
Annealing mechanisms of intrinsic defects in 3C-SiC: a theoretical study
采用基于密度泛函理论的从头算方法研究了可移动本征缺陷的退火动力学。考虑了晶体-空位复合、空位和晶体向缺陷汇（如表面或位错）的扩散以及晶体-团簇的形成。计算出的迁移和反应势垒表明竞争退火机制的层次排序。与空位相比，碳和硅材料的更高的迁移率驱动了在较低温度下的退火机制，包括空位-间隙复合和间隙碳簇的形成。这些团簇在升高的温度下充当碳源。在p型材料中，我们讨论了作为退火机制的硅空位转化为更稳定的空位-反位复合物，该复合物在空位迁移之前被激活。最近对辐照3C-和4 H-SiC以及半绝缘4 H-SiC中空位相关中心的退火研究根据所提出的退火机制层次来解释。
2003-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Calculated electron paramagnetic resonance $g$-tensor and hyperfine parameters for zinc vacancy and N related defects in ZnO
利用第一性原理计算研究了ZnO中的各种缺陷，重点是O位、间隙位和Zn位上的N $_O$和N $_2$，目的是了解ZnO中N $_2$和O位上的N的电子顺磁共振（EPR）中心。用含投影缀加波的规范方法计算了$g$张量，并与实验结果进行了比较.自由N $_2^+$和N $_2^-$自由基的$g$ -张量及其在GIPAW理论中的各种贡献首先进行分析，以提供基线参考的方法的准确性和了解ZnO中的N $_2$行为。以前的争议的网站上的位置N $_2$在ZnO的EPR中心和浅或深的性质和施主或受主性质的这个中心得到解决。我们发现Zn位上的N-$_2$在自旋密度和$g$张量上基本上类似于锌空位，而O位上的N-$_2$轴位于基面，沿{ \bf c}轴的$π_g$ -轨道单占据的模型与实验符合得很好.对于间隙位置，如果N $_2$不与周围环境强烈相互作用，则在间隙中没有发现能级，因此也没有可能的EPR中心。计算的N-$_O$和$V_ Zn$的$g$张量也与实验符合得很好.影响自旋密度的本地化的不同泛函的影响示出影响的$g$张量值。
2022-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Coupled surface and bulk diffusion in crystals
本文提出晶体表面原子台阶同时作为体相点缺陷源汇的新机制，揭示体扩散通过次表面层与表面扩散耦合，并建立了体相与表面点缺陷平衡浓度之间的基本关系。
2022-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Facet-Dependent Electronic Properties and Interfacial Point Defect Interactions in WS$_2$/ZnO Heterostructures
University of Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学）
研究针对二维材料用于高效光电子学的问题，通过第一性原理计算筛选WS₂/ZnO异质结构，分析其面依赖电子性质与界面缺陷相互作用，确定最佳衬底面，明确不同缺陷影响，为二维/三维混合发光二极管的衬底选择和缺陷工程提供微观框架。
2026-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Structural Stability and Defect Energetics of ZnO from Diffusion Quantum Monte Carlo
我们采用多体从头扩散量子蒙特卡罗（DMC）方法研究了Zn和ZnO晶体在压力下的热力学行为，以及ZnO中氧空位、锌间隙原子和氢杂质的热力学行为。我们表明，DMC是一种准确和实用的方法，可用于表征材料的多个属性是具有挑战性的密度泛函理论近似。DMC同意与实验测量到0.3 eV内，包括ZnO的带隙，O和Zn的电离势，和O $_2$，ZnO二聚体，和纤锌矿ZnO的原子化能。DMC预测氧空位作为深施主，在富氧条件下形成能为5.0（2）eV，热力学跃迁能级位于距离价带最大值1.8和2.5 eV之间。我们的DMC的结果表明，在ZnO中的锌间隙和氢杂质的浓度应该是低的n型，锌和H-丰富的条件下，因为这些缺陷在这些条件下的形成能超过1.4 eV。DMC和混合泛函的比较表明，这些DFT近似可以被参数化，以产生一个一般正确的定性描述ZnO。然而，在ZnO中的缺陷与DMC和混合功能评估的形成能可以相差超过0.5 eV。
2015-04-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The thermodynamic trends of intrinsic defects in primary halide perovskites: A first-principles study
卤化物钙钛矿中的缺陷在决定所得光电子器件的效率和稳定性方面起着至关重要的作用。在这里，我们提出了一个系统的研究本征点缺陷在六个主要的金属卤化物钙钛矿，MAPbI $_3$，MAPbBr $_3$，MAPbCl $_3$，FAPbI $_3$，CsPbI $_3$和MASnI $_3$，使用密度泛函理论计算与SCAN+ rVV 10功能。我们分析了改变阴离子和阳离子对缺陷形成能和电荷态跃迁水平的影响，并确定了所观察到的趋势的物理根源。碘化铅化合物中的主要缺陷是A $^+$阳离子材料（A = Cs，MA，FA），由I $^-$材料或铅$({2-})$空位进行电荷补偿。在溴化铅和氯化铅化合物中，卤化物空位变得相对更突出，并且对于MAPbBr $_3$，Pb $^{2+}$间隙也变得重要。这种趋势可以用阳离子和阴离子置换后静电相互作用和化学键的变化来解释。MASnI $_3$中的缺陷物理学主要由锡$({2-})$空位主导，并受到锡钙钛矿的容易氧化的促进。实际上，除了MASnI $_3$是强p掺杂的之外，所有化合物都是轻度p掺杂的。由六种钙钛矿中的缺陷产生的所有受主能级都是浅的。一些缺陷，特别是卤化物空位和Pb或Sn杂质，产生深施主陷阱。虽然这些陷阱可能会阻碍MAPbBr $_3$和MAPbCl $_3$的电子行为，但在碘基钙钛矿中，它们的平衡浓度太小而不会影响材料的性质。
2021-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Native point defects in few-layer phosphorene
采用混合密度泛函理论结合半经验vanderWaals色散修正，研究了缺陷少层磷烯中空位和自发光的结构和电子性质.我们发现，无论是空位和自填隙缺陷是更稳定的外层比在内层。空位和自填隙P缺陷的形成能和跃迁能均随膜厚的增加而降低，这主要是由于基质价带最大值相对于真空能级的上移所致.因此，空位和自激子都可以作为浅受主，这很好地解释了实验观察到的p型导电性的少层磷烯。另一方面，由于这些原生点缺陷具有中等的形成能，并且在带负电荷的状态下是稳定的，因此它们也可以作为n型少层磷烯中的电子补偿中心。
2015-08-20 cond-mat.mtrl-sci
The origin of p-type conduction in (P, N) co-doped ZnO
采用第一性原理计算研究了P单掺杂和（P，N）共掺杂ZnO的晶体结构。结果表明，替代型P缺陷在O位形成深受主能级（PO），在Zn位表现为施主能级（PZn），而间隙型P（Pi）则是两性的。在平衡条件下，这些缺陷对ZnO样品的p型导电性贡献很小，因为当EF低于中间带隙（必要的p型条件）时，PZn的形成能远低于Pi或PO的形成能。锌空位（VZn）和PZn-2 VZn复合物被证明是浅受体，其电离能约为100 meV，但它们很容易被PZn缺陷补偿。在富锌条件下，通过适当的磷、氮源选择，PZn-4 NO复合物的形成能可能低于PZn。此外，中性PZn-3 NO被动缺陷可形成正好在ZnO的价带最大值上方的杂质带，如在早期报道的（Ga，N）或（Zr，N）掺杂的ZnO中。这显著降低了PZn-4 NO络合物的受主能级，并有助于改善ZnO中的p型导电性。
2009-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Defect related photoluminescence and EPR study of sintered polycrystalline ZnO
本文报道了ZnO多晶材料的低温光致发光和电子顺磁共振研究。由于激子-激子散射，施主束缚激子跃迁（D1 XA）和FXAn=1- 1 LO的峰位随泵浦强度的变化分别出现红移和蓝移。EPR谱在g值分别为1.985，1.956和1.939处有三个峰，g=1.956和g=1.985分别是由于浅施主Zn间隙和氧空位引起的。100 K下的EPR谱显示了由于晶场和顺磁中心的不均匀弛豫引起的较高程度的非对称性和超精细分裂。利用各种激子发光峰位讨论了样品中晶场分裂（CFS）和自旋轨道耦合（SOC）的强度。而在热猝灭过程中，顺磁中心的不均匀弛豫则由它们的激活能来讨论。
2012-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Native point defects and carbon clusters in 4H-SiC: A hybrid functional study
我们报告的第一性原理计算，澄清的形成能量和电荷跃迁水平的原生点缺陷和碳团簇在4 H多型碳化硅（4 H-SiC）在富碳条件下。我们采用了一种混合功能，再现SiC的实验带隙以及提供可靠的缺陷特性。对于点缺陷，我们调查了单空位，反位，和相关网站上的Si和C的晶体。对于碳团簇，我们系统地将两个额外的C原子引入到完美的4 H-SiC晶格中，去除Si原子和不去除Si原子，并进行结构优化以确定稳定的缺陷构型。我们发现，中性Si反位是积极有利的Si点缺陷在很宽的范围内的费米能级位置周围的本征制度，而带负电荷的Si空位和带正电荷的Si间隙的网站上包围的三个Si和三个C原子成为有利的n型和p型条件下，分别。对于C点缺陷，中性C反位是有利的本征和n型条件下，而带正电的C空位成为有利的p型条件下。我们还发现，一个二碳反位是更有利的比一个C-分裂间隙，这是最稳定的形式的单碳化合物。
2019-01-17 cond-mat.mtrl-sci
A Unified Mechanism for Hydrogen Trapping at Metal Vacancies
氢与金属之间的相互作用是许多具有科学和技术重要性的材料问题的核心。其中最主要的是H存储和H抗性材料的开发。H在晶格缺陷（包括空位、位错、晶界等）处的偏析或捕获在决定这些材料的性质中起着至关重要的作用。在这里，通过第一性原理模拟，我们提出了一个统一的机制，涉及电荷转移引起的应变不稳定理解H偏析行为的空缺。我们发现，H更喜欢占据具有高的预先存在的电荷密度和可用性，这样的材料设置在一个空缺的H陷阱容量的限制。一旦达到最大H容量，主要电荷供体从最近邻（NN）金属原子切换到次最近邻（NNN）金属原子。伴随着这种长程电荷转移，将发生显著的重组能，导致H-空位复合物的不稳定性。这里公布的物理图像似乎在BCC系列中具有普遍性，并且被认为也与其他金属/缺陷有关。从这项研究中获得的见解，预计将有重要的影响，H存储和H-电阻材料的设计。
2013-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Interstitial-mediated dislocation climb and the weakening of particle-reinforced alloys under irradiation
位错可以通过吸收（或发射）点缺陷（空位和自填隙原子（SIAs））爬出其滑移面。与保守的滑翔运动相反，爬升依赖于点缺陷的热扩散，因此在更长的时间尺度上运行，导致某些形式的蠕变。虽然平衡点缺陷浓度允许位错爬升以减轻非滑移应力，但点缺陷过饱和也会导致渗透力，即使在没有外部应力的情况下也会驱动位错运动。自填隙原子通常具有比空位高得多的形成能，因此它们对爬升的贡献通常被忽略。然而，在辐照条件下，这两种类型的缺陷以相等的数量非热地产生。在这封信中，我们使用简单的热力学参数来表明，在辐照材料中的贡献不可忽略，并且它们对位错引起的渗透力比空位引起的渗透力大许多个数量级。这就解释了为什么{ \it in situ}透射电子显微镜辐照观察到的棱柱形位错环更多的是间隙型而不是空位型。使用离散位错动力学模拟，我们调查的影响，位错障碍物的相互作用，并发现在许多数量级的脱钉时间减少。这对辐照下颗粒增强合金的强度具有重要影响。
2018-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A comprehensive study on the processing of Co:ZnO ceramics: defect chemistry engineering and grain growth kinetics
在这份报告中，我们提出了一个系统的研究，通过标准的固态路线从不同的Co前体（Co3O4，CoO和金属Co）和气氛（O2和Ar）的Co：ZnO陶瓷的制备。特别强调的缺陷化学工程和烧结生长动力学。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，计算了ZnO和Co：ZnO体系中主要点缺陷的形成能.在此基础上提出了一组化学反应。进行了详细的微观结构表征，以确定的程度的Co纳入ZnO晶格。在Ar气氛中制备的样品和从金属Co呈现最高的Co溶解度极限（较低的表观Co掺入活化能），由于不一致的ZnO分解。烧结生长动力学参数的测定表明，Co3O4是最好的烧结添加剂，以实现在两种烧结气氛中的更高的密度。结果表明，在氧气气氛中烧结有利于促进ZnO结构中锌空位的形成，而在氩气气氛中烧结则有利于锌间隙缺陷的形成。我们的研究结果提供了有价值的贡献的理解的Co掺杂的ZnO陶瓷的制备和烧结生长动力学，这将允许提高在体和纳米尺度上的材料的处理的最先进的状态。
2022-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and photoluminescence properties of Zn-ion implanted silica glass before and after thermal annealing
本文给出了30 keV，D=1 × 10 ~（17）cm^~（-2）Zn离子注入a-SiO_2的XPS芯能级和价带谱测量、光致发光谱和电子结构的密度泛函理论计算结果以及Zn离子注入引起的石英玻璃结构缺陷的形成能。理论和实验都表明，注入锌离子占据间隙位置比阳离子取代在能量上更有利。结果，Zn离子嵌入到基质中，与周围的氧原子形成化学键，形成ZnO类纳米颗粒和缺氧的SiOx基质。随后在900 ℃（1小时）的热退火强烈地减少了ZnO纳米颗粒的数量，并诱导了α-Zn 2SiO 4相的形成，这显著地增强了绿光发射。
2015-10-01 cond-mat.mtrl-sci
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
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
Probing defects in chemically synthesized ZnO nanostrucures by Positron Annihilation and Photoluminescence Spectroscopy
本文介绍了化学合成的ZnO纳米粒子的各种尺寸的本征缺陷的结构排列的大小引起的变化。常规的X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）已被用来确定纳米ZnO样品的形状和尺寸。利用正电子湮没谱的详细研究揭示了锌空位的存在。而光致发光分析结果预测了带电氧空位的特征。尺寸引起的正电子参数以及光致发光性质的变化，已显示出对比或非单调的趋势，因为尺寸从4 nm到85 nm变化。与单电荷氧空位占优势的较大纳米结构相比，低于临界尺寸（~ 23 nm）的小球形颗粒由于双电荷氧空位的较高占据而接收更多的正表面电荷。这种电子变化被认为引发了另一种有趣的现象，被描述为纳米颗粒内的正电子限制。最后，基于所有的结果，在本样品中的本征缺陷的结构排列的模型已被调和。
2011-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of Ga interstitial and vacancy diffusion in $β$-Ga$_2$O$_3$ via split defects: a direct approach via master diffusion equations
本研究基于第一性原理与主扩散方程直接求解，预测了$β$-Ga$_2$O$_3$中Ga间隙与空位的3D扩散率张量，发现3-劈裂缺陷使两者沿$c$轴扩散最快，且Ga自扩散主要由高浓度的V$_{Ga}^{3-}$介导。
2024-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Implantation and atomic scale investigation of self-interstitials in graphene
晶体缺陷在决定晶体材料的性能方面起着关键作用。新型二维材料，最重要的是石墨烯，已经能够对缺陷进行原子分辨的研究，例如空位，晶界，位错和外来原子取代。然而，到目前为止，还没有在任何三维材料中报道植入自发光体的原子分辨率成像，也没有在任何二维材料中报道。在这里，我们使用标准的碳涂布机以约1 eV的软着陆能量将额外的碳沉积到单层石墨烯中。我们确定了所有的自间隙二聚体结构的理论预测较早，采用80千伏像差校正的高分辨率透射电子显微镜。我们证明了积累成更大的聚集体和位错偶极子，我们预测有很强的局部曲率的原子模型，并积极有利的配置相比，孤立的间隙二聚体。我们的研究结果有助于对晶体缺陷的基本知识，并通过将晶体推入亚稳态过饱和状态来设计石墨烯的性质。
2015-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Defect Induced Room Temperature Ferromagnetism in High Quality Co-doped ZnO Bulk Samples
在过渡金属掺杂氧化物中经常报道的室温铁磁性的性质仍然是一个巨大的争论。本文报道了通过标准固相反应路线合成的高质量Co掺杂ZnO（Zn 1-xCoxO）体样品的室温铁磁性。使具有低水平结构缺陷的参考顺磁性Co掺杂ZnO样品在还原性气氛中经受热处理，以便以受控的方式在样品中引入缺陷。进行了详细的结构分析，以表征诱导缺陷及其浓度。的磁力揭示了在室温下的顺磁和铁磁相的共存，在直接相关的结构性能。饱和磁化强度随着热处理的加强而增加，因此，随着感生缺陷密度的增加而增加。用束缚磁极化子模型对磁性行为进行了充分的解释。基于实验结果，理论计算的支持下，我们归因于所观察到的缺陷引起的铁磁性的起源，由于锌间隙缺陷介导的磁极化子的Co离子之间的铁磁耦合。
2020-07-28 cond-mat.mtrl-sci
An ab initio study of intrinsic defects in zirconolite
锆英石，CaZrTi2O7，是一种用于处理高活性核废料的陶瓷。利用密度泛函理论结合随机搜索技术，对锆英石中本征缺陷的稳定间隙位进行了研究。有一个显着的依赖于电荷状态的空位缺陷结构，与形成的O2分子在一定的电荷状态的Ti和Zr空位。氧离子的低配位提供了DFT定位与阳离子空位相关的空穴的位点。的Frenkel缺陷的能量，计算出的空位和间隙形成能量的组合，表明氧缺陷有很强的依赖于化学环境，与氧Frenkel对能量之间的范围为1.5 eV。
2012-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic interactions in transition metal doped ZnO : An abinitio study
采用局域自旋密度近似和密度泛函理论的LSDA+ \textit{U}方法计算了过渡金属掺杂ZnO中的磁相互作用性质。我们研究了以下四种情况：（i）单一过渡金属离子类型（Cr，Mn，Fe，Co，Ni和Cu）在Zn位取代，（ii）替代磁性过渡金属离子与额外的Cu和Li掺杂剂结合，（iii）替代磁性过渡金属离子与氧空位结合和（iv）磁性离子类型对（Co和Fe，Co和Mn等）。广泛的收敛性测试表明，计算的磁基态是异常敏感的k点网格和能量截止，几何优化的细节和交换相关功能的选择。我们发现在局域自旋密度近似下，铁磁耦合对单型替位过渡金属离子有时是有利的。然而，当在更现实的LSDA + \textit{U}方法中处理过渡金属离子的相关性时，磁相互作用的性质发生变化，通常不利于铁磁状态。的磁配置是敏感的详细安排的离子和晶格弛豫的量，除了在氧空位的情况下，反铁磁状态时总是有利的。
2006-05-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Point defects in models of amorphous silicon and their role in structural relaxation
我们用紧束缚分子动力学模拟研究了点缺陷（空位和杂质）对非晶硅结构弛豫的作用。我们的计算给出明确的证据，点缺陷可以定义在非晶态固体，显示异常的价电荷/Voronoi体积关系。在退火过程中发生的径向分布函数的变化被证明是在最近的，高精度的X射线衍射测量的密切一致。我们的计算提供了强有力的证据表明，在a-Si的结构弛豫进行的相互湮灭的空位和杂质，即，局部结构变化而不是网络的整体松弛。
2001-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Self-compensation due to point defects in Mg-doped GaN
利用混合密度泛函理论，我们解决了点缺陷容易引起的电荷补偿Mg掺杂的GaN。我们确定的自由能形成的氮空位和几个镁相关的缺陷。熵的贡献作为温度的函数内确定的准谐波近似。我们发现，Mg间隙显示出一个显着较低的自由能的形成比Mg替代Ga在p型条件。因此，Mg杂质是两性的，当取代Ga时表现得像受体，当容纳在间隙位置时表现得像双施主。混合功能的结果，然后连接到实验观察，通过求解电荷中性方程的半导体占主导地位的杂质。我们发现，热力学平衡模型是无法解释的实验空穴浓度作为Mg掺杂密度的函数，由于氮空位和Mg的晶体作为补偿捐助者。为了解释实验结果，其中包括在高镁密度的空穴浓度的下降，我们因此诉诸非平衡模型。我们发现，无论是氮空位或镁晶体可能是在起源的自补偿机制。然而，只有基于间隙Mg供体的模型提供了一种自然的机制来解释突然出现的自补偿。事实上，Mg杂质的两性性质导致费米能级钉扎，并解释了在高Mg掺杂下观察到的GaN样品的空穴浓度的下降。我们的工作表明，在p型掺杂的GaN的电流限制可以克服在生长过程中的额外控制费米能。
2016-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Defects induced ferromagnetism in Mn doped ZnO
采用固相反应法合成了Mn掺杂（2at%）的单相ZnO样品。在500 ℃下进行最终烧结之前，将混合粉末研磨不同的研磨时间（6、24、48和96小时）。样品的晶粒尺寸彼此非常接近（~ 32 \pm 4 nm）。然而，从磁性能和电阻率随球磨时间的变化来看，样品的缺陷状态是不同的。所有样品都具有铁磁性，在室温下具有明显的磁滞回线。球磨96小时后，样品的饱和磁化强度达到最大值（0.11 μ B / Mn原子）。已经发现电阻率随着研磨时间的增加而增加。电阻最大的样品具有最大的饱和磁化强度。正电子平均寿命随球磨时间的变化规律与饱和磁化强度的变化规律十分相似。这表明开体积空位缺陷，大概是锌空位附近的晶粒表面，在诱导铁磁秩序Mn掺杂ZnO中发挥的关键作用。为获得有利于铁磁性的最佳缺陷组态，需要适当选择球磨周期和退火条件。
2010-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Compound Defects in Halide Perovskites: A First-Principles Study of CsPbI$_3$
晶格缺陷影响卤化物钙钛矿太阳能电池的长期稳定性。而简单的点缺陷，即，原子空位和空位，已经被非常详细地研究，在这里，我们集中于在晶体生长条件下更可能形成的化合物缺陷，例如化合物空位或空位和反位。通过第一性原理密度泛函理论（DFT）计算，我们确定了原型无机钙钛矿CsPbI $_3$中最突出的缺陷。我们发现，在室温下的平衡条件下，反位的Pb取代Cs形式的浓度相比，最突出的点缺陷，而其他化合物的缺陷是可以忽略不计的。然而，在非平衡热和操作条件下，其他复合物也变得与点缺陷一样重要。这些是Cs取代的Pb反位，以及在较小程度上，PbI $_2$或CsPbI $_3$单元的化合物空位，以及I取代的Cs反位。这些复合缺陷只导致浅的或非活性的载流子陷阱，这证明了卤化物钙钛矿的电子稳定性。在准费米能级非常接近价带的工作条件下，可以形成更深的陷阱。
2022-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Point defect evolution under irradiation: finite size effects and spatio-temporal correlations
辐照下的点缺陷浓度的演变是由它们的扩散性质，并通过它们的形成和消除机制。后者包括空位和杂质的相互复合，以及汇点缺陷的消除。在这里，我们表明，这种演变的建模通过原子动力学蒙特卡罗（AKMC）模拟，必须使用小的系统尺寸，引入强烈的空间和时间之间的相关性的空缺和mattitials，这可能会强烈影响的重组率和点缺陷浓度。在这种情况下，标准速率理论模型无法预测实际的点缺陷浓度。当点缺陷的消除仅通过复合发生时，该效果特别强，但在存在汇的情况下仍然可以是显著的。我们提出了一个新的相关对理论，充分考虑到空位和间隙对之间的相关性，并预测点缺陷浓度与AKMC模拟吻合良好，即使在非常小的系统。相关对理论可用于修改AKMC模拟中的消除速率，以产生标准速率理论预测的点缺陷浓度，即代表大型系统，即使使用小型模拟箱也是如此。
2020-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Asymmetry of radiation damage properties in Al-Ti nanolayers
采用分子动力学（MD）模拟方法，结合经验势研究了Al-Ti纳米膜中多层界面和界面间距的影响。研究了几种由密排层或面心立方100层堆积而成的模型界面。模拟结果显示，在缺陷生产与$\sim$ 60%的空缺中创建的Al层相比，在Al-Ti多层系统中的Ti层的显着和重要的不对称性。在创作过程中的不对称性甚至更加明显。这种不对称性导致不同材料的薄膜中空位和杂质的比例失衡，导致$>$ 90%的残留杂质位于Al层中。在密排纳米层中，金属离子迁移到Al层界面附近的原子层，而在100纳米层中，金属离子迁移到Al层的中心，远离界面。多层膜的不对称程度和缺陷率不平衡随着层间距的减小而增加。基本的物理过程进行了讨论，包括界面的应变场和纳米层系统中的单个元素层的阻止本领。此外，实验工作进行低剂量（10 $^{16}$原子/cm $^2$）氦（He）照射Al/Ti纳米层（5 nm/膜），导致He气泡形成$\sim$ 1 nm直径的Ti膜附近的界面。讨论了模拟中所揭示的缺陷产生过程中Ti膜到Al膜的位移原子的优先通量与实验中He气泡的形态和位置之间的相关性。
2013-09-19 cond-mat.mtrl-sci
The case of the missing gallium vacancy in gallium arsenide: A multiscale explanation
该研究通过多尺度AIDE方法揭示，砷化镓辐照后费米能级移动及库仑吸引导致砷间隙原子优先湮灭镓空位，从而解释了实验上镓空位缺失之谜。
2025-04-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Synthesis and luminescence properties of electrodeposited ZnO Films
为了对两种不同的OH-源（硝酸盐和过氧化物）在金（111）衬底上电沉积ZnO薄膜进行比较研究，采用电沉积法在金（111）衬底上制备了ZnO薄膜。根据所使用的溶液（硝酸盐和过氧化物）和所施加的电位的膜的形态，结构和光学特性进行了研究。扫描电子显微镜照片显示在每种情况下不同的形态。X射线衍射证实薄膜是沿（0002）方向取向的纯ZnO。ZnO薄膜的光致发光研究，以确定在可见光范围内的发射缺陷。提出了一个一致的模型，解释了不同的电沉积ZnO薄膜的排放量。我们已经关联的绿色和黄色的发射过渡从供体OH-的受体锌空位（VZn-）和间隙氧（Oi 0），分别。橙红色发射可能是由于从导电带到Oi-和OZn 0/-缺陷的跃迁，而红外发射是由于从这些Oi -/2-和OZn 0/-缺陷到价带的跃迁。
2011-07-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Cd-vacancy and Cd-interstitial complexes in Si and Ge
电场梯度（EFG），例如在扰动角相关（PAC）实验中测量的，给出了关于探针原子如111 In/111 Cd与其他缺陷相互作用的特别有用的信息。然而，EFG的解释是一项艰巨的任务。本文旨在理解Si和Ge中Cd杂质与空位和杂质的相互作用，这是一个有争议的问题。在密度泛函理论（DFT）框架下，我们采用了两种互补的从头算方法：（i）全电子Korringa-Kohn-Rostoker（KKR）格林函数方法和（ii）赝势平面波（PPW）方法，来寻找正确的局域几何构型.令人惊讶的是，我们发现，无论是在Si和Ge的替代镉空位复合物是不稳定的，并与键中心网站上的镉弛豫分裂空位复合物。该复合物具有非常小的EFG，允许在Ge中54 MHz和Si中28 MHz的小测量EFG的唯一分配。此外，对于Cd-selfinterstitial复合物，我们得到了一个高度对称的分裂配置与大EFG，在合理的协议与实验。
2004-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Incorporating point defect generation due to jog formation into the vector density-based continuum dislocation dynamics approach
在晶体材料的塑性形变过程中，运动位错上的凹凸会产生点缺陷，如空位和位错。在基于矢量密度的连续位错动力学框架内，开发了塑性形变过程中点动形成和传输的详细模型（Lin和El-Azab，2020; Xia和El-Azab，2015）。作为该模型的一部分，点缺陷的产生与jog运输制定的体积变化，由于非保守运动的jog。还建立了空位和空位子的平衡方程，包括空位子和空位子由慢跑输运产生的速率。通过引入点缺陷本征应变所贡献的应力，实现了点缺陷与位错动力学之间的双向耦合。在位错的迁移率定律中进一步引入了缓动应力，以解释点缺陷产生过程中的能量耗散。一些测试问题和完全耦合模拟位错动力学和点缺陷的产生和扩散进行。结果表明，由于两种缺陷的形成能不同，空位和间隙原子的产生具有不对称性。结果还表明，当点缺陷产生机制与位错动力学耦合时，获得了更高的硬化速率和更高的位错密度。
2021-02-08 cond-mat.mtrl-sci
A systematic study of structural, electronic and optical properties of atomic scale defects in 2D transition metal dichalcogenides MX$_2$ (M = Mo,W; X = S, Se, Te)
本文采用密度泛函理论系统地研究了二维过渡金属二硫属化合物MX $_2$（M = Mo和W; X = S，Se和Te）中原子尺度缺陷的结构、电子和磁性。各种类型的缺陷，例如，考虑了X空位、X间隙、M空位、M间隙、MX和XX双空位。结果表明，在富X条件下，X间隙原子的形成能最低（$\sim$ 1 eV），而在富M条件下，X空位的形成能最低（\ce{MTe2}除外）.这两种缺陷在文献报道的生长温度（1000 K-1200 K）下具有非常高的平衡缺陷浓度。一对缺陷，例如，两个X空位或一个M和一个X空位倾向于占据最近的可能距离。对于所考虑的任何一种缺陷，都没有发现磁性的痕迹。除了X间隙，所有其他缺陷都有缺陷态出现在带隙中，这会极大地影响原始系统的电子和光学性质。我们计算的光学性质表明，缺陷态引起的光学跃迁在$\sim$ 1.0 eV，这可能是有益的发光器件。我们的系统研究的结果，预计将指导实验纳米工程的缺陷，以实现适当的性能相关的带隙修改和缺陷指纹的表征，通过光学吸收测量。
2015-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
