Non-destructive study of collision cascade damage in self-ion irradiated tungsten using HR-EBSD and ECCI
了解辐射下缺陷的产生和演变是一个长期存在的多尺度问题。传统上，辐照诱导缺陷（IID）的实验检查主要依赖于透射电子显微镜（TEM），它提供了高的空间分辨率，但需要破坏性的样品制备。此外，有限的视场和低应变灵敏度使得多尺度表征和定量应变测量变得困难。在这里，我们探讨了使用先进的扫描电子显微镜（SEM）技术的潜力，非破坏性探针辐照损伤在散装材料的表面。电子沟道衬度成像（ECCI）是用来成像纳米级的辐照引起的缺陷在20 MeV的自离子辐照钨，聚变反应堆装甲的主要候选材料。结果表明，从均匀和随机分布的纳米级缺陷在0.01 dpa（每原子位移）的损伤微观结构的演变，以字符串结构延伸超过数百纳米在1 dpa。基于互相关的高分辨率EBSD（HR-EBSD）是用来探测晶格应变场与IID。虽然在0.01 dpa下几乎没有应变波动，但在0.1 dpa下观察到晶格应变的显着不均匀性，随着剂量的增加而增加，直到在0.32 dpa下饱和。应变起伏的特征长度尺度为~500 nm。总之，ECCI和HR-EBSD揭示了从缺陷无序的结构到由预先存在的缺陷和新的级联损伤之间的弹性相互作用驱动的具有长程序的结构的转变。这项研究表明，扫描电镜提供了一个有吸引力的工具，快速吞吐量，非破坏性，多尺度和多方面的辐射损伤表征。
2020-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Identifying Subcascades From The Primary Damage State Of Collision Cascades
针对现有碰撞级联子级联计数方法依赖难获取的峰值损伤状态的问题，提出用无监督密度聚类从初级损伤状态识别子级联，经钨中100个级联验证与现有方法吻合良好，还可用于级联分类。
2023-06-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Molecular dynamics simulation of threshold displacement energy and primary damage state in Niobium
基于EAM方法，建立了Nb的多体势模型，并利用该模型对Nb的大部分点缺陷进行了模拟。利用所构造的势函数，通过分子动力学模拟计算了Nb在20 keV以下的方向特异性阈值位移能（TDE）和位移级联. TDE的计算结果与前人对V、Mo的工作和实验测量结果符合得很好。TDE最小值出现在<100>方向上，TDE的局部最小值出现在三个低指数方向上，其关系为：Ed[100]<Ed[111]<Ed[110]。系统地研究了不同PKA能量下位移级联的演化、产生的点缺陷数、级联效率、点缺陷的聚集以及这些参数对温度的影响。结果表明，叶栅效率较低，可用幂函数拟合。在这项工作中获得的集群点缺陷的分数是低的，只有一些小的集群形成在热尖峰结束。随着温度的升高，点缺陷的产生量和级联效率都有所降低，但点缺陷的聚集率降低得更明显。
2017-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Statistical Study of the Defect Cluster Morphology in the Primary Damage of Tungsten from Collision Cascades from Five Inter-atomic potentials
本研究采用五种原子间势开展3500次钨碰撞级联分子动力学模拟，统计分析缺陷团簇特征，明确了自间隙原子形成能差异对形貌的关键作用，及多参数耦合对缺陷产生的显著影响。
2025-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Resolving room temperature microscale fracture and plasticity of iron oxides along the cascade of iron ore reduction via nanoindentation and microcantilever bending
Max Planck Institute for Sustainable Materials（马克斯·普朗克可持续材料研究所）
本研究利用纳米压痕和微悬臂梁断裂测试，表征了赤铁矿、磁铁矿和方铁矿在室温下的塑性及断裂行为，获得了硬度、弹性模量和断裂韧性等力学性能，为氢基直接还原过程中的断裂和磨损预测提供了材料模型参数。
2026-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Radiation Damage Cascades in Fullerite Using Molecular Dynamics
Curtin University（科廷大学）
该研究用分子动力学研究富勒烯中辐射级联，对PKA能量0.1到1 keV模拟，通过特定势描述能量力，跟踪相关量随时间变化表征级联行为，发现富勒烯特殊辐射响应及交联分子数与新sp3原子数的线性关系，算出阈值位移能量与实验相符。
2026-07-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Energy evolution in nanocrystalline iron driven by collision cascades
本研究通过分子动力学模拟纳米晶铁的碰撞级联，对比不同制备方法的纳米晶与单晶的辐照行为，发现辐照诱导退火效应及能量演化规律，并建立了相应的解释模型。
2025-10-28 cond-mat.mtrl-sci
High energy collision cascades in tungsten: dislocation loops structure and clustering scaling laws
最近对钨（W）的原位高能自离子辐照的实验表明，发生了由单离子撞击引起的不寻常的级联损伤效应，揭示了聚变反应堆钨部件中预期的辐射损伤的性质。在本文中，我们调查的缺陷产生的动力学在150 keV的碰撞级联W原子分辨率，使用分子动力学模拟和比较预测与实验观察。我们发现，W的级联表现出没有subcascade打破，即使在高能量，产生大量的，完整的熔融区，这有利于形成大的缺陷集群。模拟结果表明，形成的1/2<111>和<100>双晶型位错环的证据，以及级联崩溃的发生，导致<100>空位型位错环，在很好的协议与实验观察。的级联的分形性质引起的无标度的幂律型缺陷团簇的尺寸分布。
2013-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Electronic effects in radiation-induced collision cascades in nickel
本研究探讨了一种无参数双温分子动力学模型在镍中辐射诱导碰撞级联模拟中的应用，该模型通过电子密度依赖耦合准确捕捉各阶段能量损失，与实验结果一致，显著提升了辐射损伤预测的可靠性。
2024-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Simulation and modeling of the electronic structure of GaAs damage clusters
本研究通过分子动力学与密度泛函理论模拟研究GaAs辐射损伤团簇的电子特性，发现其可用半导体球带电模型描述，高损伤下带隙闭合形成金属，费米能级比价带顶高0.46±0.07 eV。
2012-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Development of an interatomic potential for phosphorus impurities in iron
我们提出了推导的铁磷系统的原子间作用势主要基于{ \it ab initio}数据。在这个系统中的可转移性是非常成问题的，并且潜在的是专门用于解决含有低浓度磷原子的铁中的辐射损伤和点缺陷的问题。一些初步的分子动力学计算表明，P强烈影响点缺陷迁移。
2004-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic-Object Kinetic Monte Carlo simulations of irradiation damage in tungsten
我们描述了一个新的对象动力学蒙特卡罗代码的基本缺陷对象的非晶格原子配置的发展。原子级转换用于转换和平移对象，分割对象以及将它们合并在一起。这逐渐构建了一个原子配置的数据库--一组相关的缺陷对象和它们在运行中生成的可能事件。弹性相互作用处理对象内的经验潜力在短距离内，空间不同的对象之间使用偶极张量形式主义。该模型被证明是发展移动间隙簇钨速度比一个等效的分子动力学模拟，即使在高温下。我们将该模型应用于钨中初级辐射损伤的分子动力学模拟产生的复杂缺陷的演化。我们表明，我们可以进化的缺陷结构中形成的级联模拟实验观察到的时间尺度秒，同时保留原子的细节。我们的结论是，级联启动后的前几纳秒的模拟将更好地使用分子动力学，因为这将捕获一些小的高度流动的间隙集群的近温度独立的演变。我们还得出结论，对于20 keV PKA级联退火模拟考虑在这里，内部松弛的无柄对象难以捕获使用传统的对象KMC与理想化的对象几何形状建立的条件，为长时间尺度的演变。
2019-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Machine-learning interatomic potential for radiation damage and defects in tungsten
我们介绍了一个机器学习的钨原子间势使用高斯近似势框架。我们特别专注于辐射诱导碰撞级联和它们产生的损害，包括一个现实的排斥潜力的短程多体级联动力学和良好的描述液相模拟相关的属性。此外，潜在的准确再现的表面性质和能量的空缺和自填隙集群，这一直是现有的潜力长期存在的不足。该潜力使钨辐射损伤的分子动力学模拟具有前所未有的准确性。
2019-10-23 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Mechanisms of Microstructural Evolution and Degradation in Aluminum under High-Damage Irradiation
University of Florida（佛罗里达大学）
研究铝合金在高损伤辐照下微观结构演化与降解机制，结合传统模拟与IKA方法，确定三个阶段，揭示缺陷转变及协同效应增加辐照硬化，为铝反应堆材料辐照降解提供见解。
2026-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Multi-scale simulations of electron and ion dynamics in self-irradiated silicon
高能离子与靶材料的电子和离子系统的相互作用是一个有趣但具有挑战性的多尺度问题，并且对重的初始带电离子撞击后的早期阶段的理解特别差。与此同时，在这些早期阶段的能量沉积决定了后来的损伤级联的形成。我们将实时含时密度泛函理论与损伤级联的分子动力学模拟相结合，解决了多尺度特性。我们的第一性原理模拟证明，核心电子影响电子停止，并有一个意想不到的影响的电荷状态的弹丸。我们表明，这种效果是不存在的轻射弹，但占主导地位的重射弹停止物理。通过参数化的非弹性能量损失摩擦项的分子动力学模拟使用我们的第一性原理的结果，我们还显示了辐射损伤级联的电子停止物理的定性影响。
2020-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Primary Defect Production in Doped Iron Grain Boundaries during Low Energy Collision Cascades
本研究通过分子动力学模拟揭示晶界特性及掺杂元素对铁中低能碰撞级联缺陷产生的影响，提出晶界工程可提升材料抗辐照性能。
2024-03-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Collision Cascade Morphology and Defect Nucleation in Pure Tungsten and an Equimolar Refractory W-Ta-Cr-V Alloy
National Centre for Nuclear Research（国家核研究中心）
通过分子动力学模拟对比纯W与WTaCrV合金的碰撞级联，发现WTaCrV因更频繁的级联分裂及轻元素Cr、V的损伤容纳作用，辐照损伤抗性优于纯W。
2026-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Electronic effects in high-energy radiation damage in tungsten
虽然在高能辐射损伤过程中的电子激发的影响目前还不清楚，它表明，它们在辐射与物质的相互作用中的作用是重要的。采用耦合双温分子动力学（2 T-MD）模型对体心立方钨中的高能碰撞级联进行了分子动力学模拟。我们比较了这些影响的组合对诱导的损伤，只有电子停止的影响，并得出结论，在几个新的见解。在2 T-MD模型中，电子-声子耦合导致在熔融区域中产生较少的损伤，并且在短时间内损伤的松弛更快。这两种效果导致在较长时间内的最终损害量显着减少。
2015-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Benchmarking and advancing machine-learning interatomic potentials for 3C-SiC across equilibrium and extreme conditions
Aalto University（阿尔托大学）；Queen's University（女王大学）
针对3C-SiC经验势的不足，提出基于两体和turboSOAP描述符的机器学习势TGAP，涵盖多相及21种缺陷，准确预测熔点、液相结构及碰撞级联，用于辐射损伤模拟。
2026-11-04 cond-mat.mtrl-sci
A Robust Machine Learned Interatomic Potential for Nb: Collision Cascade Simulations with accurate Defect Configurations
本文针对传统铌原子间势无法准确预测自间隙原子构型的问题，基于SNAP框架和DFT数据开发了机器学习原子间势，并通过碰撞级联等验证证明其能准确复现铌的基态缺陷构型，为辐照损伤模拟提供了稳健工具。
2025-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics and OKMC Study of Radiation Induced Motion of Voids and He Bubbles in BCC Iron
我们发现，邻近辐射损伤级联的空隙可以在其整体移动几个晶格间距。这是使用分子动力学级联模拟铁在1-5千电子伏的能量。利用OKMC程序进一步研究了这一机制的影响，结果表明，从1 × 10 ^-22 cm ^2/s到3 × 10 ^-20 cm ^2/s，空穴扩散增强了2个数量级。重复对He气泡的研究表明，空隙中存在氦气会抑制运动。
2013-05-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Energy spectra of primary knock-on atoms under neutron irradiation
受到中子辐照的材料将遭受由核反应引发的位移级联引起的损伤的累积。以前，这种损伤累积的主要“测量”是通过每原子位移（dpa）指数。有已知的限制与dpa量及其应用领域，因此本文描述了一个更严格的方法来计算初级原子反冲事件（通常称为初级撞击原子或PKA），导致级联损伤事件的能量和反冲物种的函数的任何模拟或测量的中子辐照方案。通过融合相关材料的例子，它表明，PKA光谱可以是复杂的，涉及许多不同的反冲物种，潜在的质子和中子数从原来的目标核，包括高能量反冲的光发射粒子，如α粒子和质子。探讨了PKA谱随时间、中子场和材料的变化。示例PKA光谱应用于辐射损伤量化使用的二进制碰撞近似和随机集群动力学，从这些不同的方法的结果进行了讨论和比较。
2015-06-29 cond-mat.mtrl-sci
MMonCa: An Object Kinetic Monte Carlo simulator for damage irradiation evolution and defect diffusion
在这项工作中，我们介绍了对象动力学蒙特卡罗（OKMC）模拟器MMonCa和模拟三种不同的材料中的缺陷演化。我们首先解释OKMC的理论，并展示如何通过在我们想要模拟的对象中创建通用结构和算法来实现这种理论的一些细节。然后，我们成功地再现模拟结果的缺陷演变的铁，硅和钨使用我们的模拟器，并与现有的实验数据和类似的模拟比较。比较验证MMonCa显示它是强大的和灵活的，足以被定制和用于研究在广泛的固体材料中的缺陷的损伤演化。
2015-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Displacement cascades and defects annealing in tungsten, Part II: Object kinetic Monte Carlo Simulation of Tungsten Cascade Aging
我们描述的目标动力学蒙特卡罗（OKMC）模拟的结果退火的初级级联损伤在体钨使用一个全面的数据库级联从分子动力学[1]作为一个功能的初级撞击原子（PKA）的能量和方向，温度为300，1025和2050 K。SIA聚集的增加，但随着温度的变化，结合不同的迁移率的SIA与空位的空位聚集减少，导致级联退火，这是一个有趣的温度效应，这是完全不同的，从人们所期望的。退火效率（退火前后缺陷数之比）随温度变化呈倒U型曲线。此外，我们还将描述我们新开发的OKMC程序的功能; KSOME（微观结构演化动力学模拟）用于执行这些模拟
2014-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of size scaling and elastic interaction between nano-scale defects in collision cascades
利用原位透射电子显微镜，直接观察了30K下低剂量高能自离子辐照超高纯钨所形成的纳米级缺陷。在低温下，晶格缺陷的迁移率降低，因此这些显微镜观察提供了一个窗口的初始，主要损害所造成的个别碰撞级联事件。电子显微镜图像提供了在高能级联中形成的纳米级缺陷的幂律尺寸分布的直接证据，其中尺寸上限与入射离子能量无关，如Sand等人[Eur.物理快报，103：46003，（2013）]。此外，在显微照片中观察到的缺陷对分布函数的分析显示显着的级联内的空间相关性与强的弹性相互作用的缺陷。
2015-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Temperature effects on the point defects formation in [111] W by neutron induced collision cascade
钨在ITER中被用作面向等离子体的壁，在那里它受到极端的操作条件。在这项工作中，我们研究了在300-900 K温度范围内中子轰击[111]晶体W的损伤形成，这对于设计下一代聚变反应堆是重要的。分子动力学（MD）模拟在高斯近似势（GAP）框架内在1 keV的初级撞击原子（PKA）能量下进行。诱导损伤的分析是由缺陷的指纹和可视化分析仪（FaVAD），这是基于一个旋转不变映射的本地原子邻域允许提取，识别和可视化的原子缺陷的形成过程中和之后的碰撞级联动态。该评估允许对各种缺陷类型进行分类，并将缺陷演变量化为时间和初始样品温度的函数。我们发现，由于热激活机制，弗伦克尔对的生产作为温度的函数增加。
2023-02-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Impact of Electronic Energy Dissipation on Primary Radiation Damage Formation in Silicon
Aalto University（阿尔托大学）
研究利用分子动力学模拟，通过双温模型探索离子 - 电子耦合在硅辐射损伤模拟中的作用，比较不同耦合函数与原子间势，发现耦合函数形式对缺陷产生等有关键作用，且耦合影响取决于原子间势，强调物理描述对准确预测辐射损伤的重要性。
2026-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Efficient atomistic simulations of radiation damage in W and W-Mo using machine-learning potentials
本文验证了表格化GAP（tabGAP）机器学习势在模拟W和W-Mo合金初级辐射损伤中的效率与准确性，发现其比GAP快两个数量级且结果相当，并揭示了W-Mo合金具有更高效的缺陷重组行为。
2023-06-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Local chemical order suppresses grain boundary migration under irradiation in CrCoNi
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Hopkins Extreme Materials Institute, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学霍普金斯极端材料研究所）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
研究探讨了CrCoNi中局部化学有序对辐照下晶界迁移和稳定性的影响，发现有序合金晶界在化学有序被破坏前保持稳定，而无序合金晶界在少量碰撞级联后开始迁移。
2026-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Transition metal solute interactions with point defects in austenitic iron from first principles
我们提出了一套全面的第一性原理电子结构计算研究过渡金属溶质和它们的相互作用与点缺陷在奥氏体。在整个系列中观察到明显的趋势。溶质缺陷相互作用强烈相关的溶质尺寸因子，符合当地的应变场效应。与铁素体结果的强相关性表明对Fe的基本晶体结构不敏感。结晶溶质作为空位和自填隙缺陷的强陷阱，并作为原生空隙和小的自填隙环的发展的成核位点。缺陷迁移率和净缺陷浓度的减少解释了在掺杂超大溶质的奥氏体钢中观察到的抗辐射损伤性。氧化物弥散强化（ODS）钢中残留的溶解溶质有助于提高其抗辐射损伤能力。Ni和Co扩散比Fe慢，连同在低于临界温度的辐照下产生的任何空位通量，对于Co，该临界温度为400 K，并且它们的浓度应在缺陷汇处增强。Cr和Cu比Fe扩散得更快，对抗空位通量，并且将在缺陷汇处耗尽。在过渡金属系列中，早期溶解的溶质与最近邻空位形成高度稳定的溶质中心双空位（SCD）缺陷。这些溶质的空位介导的扩散主要由SCD的解离和再缔合，具有比自扩散低的活化能，这对ODS钢中含有这些溶质的复合氧化物纳米颗粒的成核和生长具有重要意义。间隙介导的溶质扩散是积极不利的，除了铬，锰，钴和镍。溶质尺寸在这里给出的结果中扮演的核心角色意味着它们应该适用于其他溶剂金属和合金。
2014-07-30 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Calculations of Defects in Unstable Crystals: Austenitic Iron
第一性原理计算对许多不同材料中点缺陷的能量有了新的认识，这些信息不能从实验中容易地获得。大多数这样的计算是在零开尔文下进行的，假设有限温度对缺陷能量和势垒的影响很小。然而，在某些材料中，感兴趣的稳定晶体结构在0 K下是机械不稳定的。在这种情况下，需要采用替代方法。在这里，我们介绍了使用VASP代码对奥氏体铁进行的第一性原理计算的结果。我们确定了一个合适的参考状态的共线磁性是反铁磁双层（AFM-d），这是稳定的和较低的能量比其他可能的模型的低温极限的顺磁性fcc铁。然后，我们考虑溶解典型的合金杂质（镍，铬）在材料中的能量，和它们的相互作用与点缺陷典型的辐照环境。我们表明，使用标准的方法，有一个非常强的依赖于所选择的参考状态上的计算缺陷形成能。此外，局部自由体积磁性和能量学之间存在相关性。替代Ni和Cr对缺陷性质的影响很弱，很少超过十分之一eV，因此少量Ni和Cr不太可能对高温下奥氏体铁的辐射损伤产生显著影响。
2011-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Grain Boundary Defect Production during Successive Displacement Cascades on a Tungsten Surface
Stony Brook University（石溪大学）；University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
研究钨在连续位移级联下晶界缺陷产生，用分子动力学模拟含Σ3和Σ5对称倾斜晶界的纳米双晶钨表面情况，发现自由表面、级联重叠及晶界特性影响缺陷积累，揭示晶界结构和晶粒尺寸对控制钨辐射损伤演化的关键作用。
2026-07-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Amorphous intergranular films act as ultra-efficient point defect sinks during collision cascades
采用原子模拟方法研究了界面结构对残余辐射损伤的影响。具体而言，有序的晶界相比，无序的非晶间膜，研究界面厚度和自由体积如何影响点缺陷复合。模拟了由中子轰击引起的碰撞级联，分析了剩余点缺陷布居随边界类型和初始撞击原子能量的变化。虽然有序的晶界容易吸收杂质，但这些界面是无效的空位汇。或者，非晶晶间膜作为超高效，无偏缺陷汇，提供了一个路径的辐射耐受材料的创建。
2015-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantifying structural damage from self-irradiation in a plutonium superconductor
18.5 K超导体PuCoGa 5具有许多不寻常的特性，包括由于自辐照引起的损伤。超导转变温度随时间急剧下降，表明辐射诱导的弗伦克尔缺陷浓度远大于目前的辐射损伤理论预测。扩展的X射线吸收精细结构测量表明，虽然新鲜材料中的局部晶体结构是有序的，但老化材料的无序程度比简单缺陷的预期要强烈得多，与整个损伤级联区域的强烈无序一致。这些数据突出了局部晶格畸变相对于缺陷对辐照材料性能的潜在影响，并强调了辐射损伤实验和理论之间进行更多原子分辨率结构比较的必要性。
2007-07-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Radiation damage and phase stability of Al$_x$CrCuFeNi$_y$ alloys using a machine-learned interatomic potential
University of Helsinki（赫尔辛基大学）
本研究利用机器学习互原子势分析Al$_x$CrCuFeNi$_y$合金的辐射损伤与相稳定性，发现等原子组成下FCC向BCC转变，并揭示不同合金成分在辐照下的缺陷浓度差异及短程有序现象。
2025-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Electronic effects on the radiation damage in high-entropy alloys
高熵合金（HEAs）由于其复杂的局部化学环境和缓慢的缺陷迁移而成为抗辐射材料的特殊候选者。尽管通常被忽视，电子效应在辐射环境中的缺陷演变也发挥了至关重要的作用，通过耗散多余的能量，通过电子-声子耦合和电子热传导级联事件。我们提出了一个系统的研究在随机固溶体（RSS）中的四个和五个主要元素HEAs的电子性质和它们的缺陷形成，集群和重组的影响。电子性质，包括电子-声子耦合因子，电子比热，和电子热导率，计算内的第一性原理计算。利用双温分子动力学模拟，我们发现电子-声子耦合因子和电子比热在Frenkel对的形成中起关键作用。具体地，电子-声子耦合因子在初级撞击原子事件期间经由等离子体激元激发快速耗散动能，并且随后经由自由电子传导耗散。我们表明，这些影响是更关键的比原子失配产生的弹性畸变效应。巨大的兴趣，我们表明，包括较轻的元素有助于增加电子-声子耦合因子，这表明有可能通过最佳组合物来提高HEA的耐辐射性。
2022-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Primary damage and mechanical degradation of WTaCrV refractory high-entropy alloy: effects of solid-solution and chemical ordering
Fuzhou University（福州大学）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
本研究通过原子模拟比较平均原子、随机固溶和局部化学有序构型，发现固溶和化学有序化虽增加缺陷数量，但能抑制辐照引起的力学退化，其机制源于晶格畸变和缺陷-孪晶相互作用。
2026-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Displacement cascades and defects annealing in tungsten, Part I: defect database from molecular dynamics simulations
分子动力学模拟已被用来产生一个全面的数据库的幸存缺陷，由于在散装钨位移级联。在300 K、1025 K和2050 K下完成了初级撞击原子（PKA）能量从100 eV（亚阈值能量）到100 keV（$\sim$ 780 $\times E_d$，其中$E_d$是平均位移阈值能量）的21个数据点。在这个范围内的PKA能量，两个制度的幂律能量依赖的缺陷生产进行观察。一个独特的幂律指数的特点是在每个政权内产生的弗伦克尔对的数量。这两个区域在跃迁能处相交，跃迁能大约为250 $\times E_d$。跃迁能量也标志着大的自填隙原子（SIAs）簇（尺寸14或更大）形成的开始。所观察到的缺陷聚集行为是不对称的，随着温度的升高，SIA聚集增加，而空位聚集减少。这种不对称性随着温度的增加，使得在2050 K（$\sim 0.5 T_m$）几乎没有大的空位团簇形成，同时大SIA团簇出现在所有的模拟。这种不对称性的长期缺陷生存和损伤积累的影响进行了讨论。此外，观察到罕见的$<$ 100 $>$ {110} SIA环。
2014-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Beyond dpa: an atomistic framework for a quantitative description of radiation damage in YBa2Cu3O7
Politecnico di Torino（都灵理工大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino（意大利国家核物理研究所都灵分部）；University of Helsinki（赫尔辛基大学）；Linköping University（林雪平大学）；Eni S.p.A.（埃尼公司）
本文提出了一种基于原子的多尺度建模框架，用于定量描述YBa2Cu3O7的辐射损伤，结合分子动力学与二元碰撞近似模拟，并利用蒙特卡罗数据预测复杂氧化物的辐照效应。
2025-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.comp-ph
Molecular dynamics simulations of the defect evolution in tungsten on successive collision cascades
本研究使用EAM和机器学习势SNAP模拟钨中连续碰撞级联，发现SNAP势在肿胀和表面缺陷上更符合实验，但预测了大量小固着缺陷。
2024-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Unsupervised Machine-Learning Pipeline for Data-Driven Defect Detection and Characterisation: Application to Displacement Cascades
Univ. Lille, CNRS, INRAE, Centrale Lille, UMR 8207 - UMET - Unité Matériaux et Transformations（里尔大学，国家科学研究中心，法国国家农业研究科学与技术研究院，里尔中央理工大学，UMET单位）；EM2VM, Joint laboratory Study and Modelling of the Microstructure for Ageing of Materials（EM2VM联合实验室，微结构老化材料研究与建模联合实验室）；Univ. Lille, CNRS, UMR 8523 – PhLAM – Physique des Lasers Atomes et Molécules（里尔大学，国家科学研究中心，PhLAM单位）
本文提出一种无监督机器学习方法，通过分子动力学数据直接检测和分类位移级联中的缺陷。利用SOAP向量编码局部环境，结合自编码器和UMAP进行异常原子识别与聚类，实现高精度的缺陷表征。
2025-10-28 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Comparison of SIA Defect Morphologies from Different Interatomic Potentials for Collision Cascades in W
针对钨中高能碰撞级联，本文用自动识别方法比较三种原子间势预测的SIA缺陷形态与尺寸分布，发现形态预测差异显著大于缺陷数量差异。
2021-05-30 cond-mat.mtrl-sci nucl-th
Parameter-free quantitative simulation of high dose microstructure and hydrogen retention in ion-irradiated tungsten
氢同位素被保留在用于聚变发电应用的材料中，随着微结构经受辐照损伤，改变氢脆和氚库存。但是，高度损坏的材料的建模-暴露于超过0.1位移每原子（dpa）-其中观察到渐近饱和，例如钨面临的等离子体在聚变托卡马克反应堆，是困难的，因为一个高度损坏的微观结构不能被视为弱相互作用孤立的缺陷陷阱。在本文中，我们开发的计算技术，找到在高度辐照材料的缺陷含量，而无需可调参数。首先，我们展示了如何产生收敛的高剂量（>1 dpa）的微结构使用的组合的创建-松弛算法和碰撞级联的分子动力学模拟。然后，我们做了强大的点缺陷和空洞区域的简单发展的Wigner-Seitz分解的晶格网站的估计。我们使用我们的估计的空隙表面积来预测钨的氘保留容量作为剂量的函数。然后将其与在290 K下自辐照至不同损伤剂量并在370 K下暴露于低能量氘等离子体的钨样品的3 He核反应分析（NRA）测量进行比较。我们表明，我们的模拟微观结构给出了一个很好的匹配实验数据，与模型和实验显示1.5-2.0原子%，在高剂量极限下，氘仍保留在钨中。
2021-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Examining composition-dependent radiation response in AlGaN
本研究通过分子动力学模拟揭示AlGaN中辐射损伤的成分依赖性，发现25%Al含量时总损伤最小，为抗辐射合金设计提供策略。
2024-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Electron cascades and secondary electron emission in graphene under energetic ion irradiation
高能离子穿过诸如石墨烯的二维材料产生强电子激发。被激发到高于功函数的能态的电子可以引起次级电子发射，从而减少在离子撞击之后保留在石墨烯上的能量的量。电子可以被发射（动能转移）或被通过的离子捕获（势能转移）。为了阐明这种行为是不存在的三维材料中，我们模拟的电子动力学在石墨烯在第一飞秒离子撞击后。我们采用两种概念上不同的计算方法：基于蒙特卡罗（MC）的，其中电子被视为经典粒子，和时间相关的密度泛函理论（TDDFT），其中电子被描述的量子力学。我们观察到，电子发射的线性依赖于沉积的能量，出现从MC模拟，成为次线性和更接近TDDFT值时，考虑到通过互补的粒子在细胞中的模拟发射的电子与石墨烯的静电相互作用。我们的TDDFT模拟结果表明，电子捕获的概率随着离子速度的增加迅速下降，而次级电子发射占主导地位，在高速政权。我们估计，这些过程将沉积在石墨烯层中的能量减少了15%到65%，这取决于离子及其速度。这一发现清楚地表明，电子发射必须考虑在离子辐照下的二维材料的损伤产生时建模。
2020-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Simulations of Collision Cascades in Niobium: Comparing Interatomic Potentials
通过分子动力学模拟比较四种原子间势，研究了铌在1-75 keV碰撞级联中的辐射损伤，发现缺陷产生与势的刚度-范围比及阈值位移能相关，且空位团簇占主导，SNAP势产生高比例C15环。
2025-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Defects and Impurity Properties of VN precipitates in ARAFM Steels: Modelling using a Universal Machine Learning Potential and Experimental Validation
Imperial College London（伦敦帝国理工学院）；University of Oxford（牛津大学）
本研究通过机器学习势和实验验证，探讨了VN沉淀在高辐照下的缺陷行为及溶解机制，揭示了空位有序对辐照损伤的抑制作用及溶质对溶解速率的影响。
2026-01-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Computational study of crystal defects formation in Mo by machine learned molecular dynamics simulations
在这项工作中，我们研究了在室温下，由于在0.5-10 keV的初级撞击原子范围内的中子轰击在结晶钼材料样品中的损伤。我们执行机器学习分子动力学（MD）模拟与以前开发的原子间的潜力的基础上高斯近似势（GAP）的框架。我们利用最近开发的软件工作流程指纹和可视化损伤晶体结构中的缺陷来分析损坏的钼样品通过计算点缺陷的形成过程中和之后的碰撞级联。作为一个基准，我们报告的结果弗伦克尔对（一个自填隙原子和一个单一的空缺）的总数形成和原子位移作为PKA能量的函数。通过使用嵌入式原子方法（EAM）的潜力得到的结果进行比较，讨论机器学习MD模拟的优点和局限性。Frenkel对的形成遵循与PKA能量相关的次线性标度律，其中$E^{0.54}_\mathrm{PKA}$用于GAP MD结果，而$E^{0.667}_\mathrm{PKA}$用于EAM模拟。虽然这两种方法的平均总缺陷数是相似的，我们注意到，MD势模型不同的原子几何形状的复杂的点缺陷，其中crowdions的形成是更有利的GAP潜力。最后，离子束混合结果的GAP MD模拟报告和讨论。
2020-10-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
On the classification and quantification of crystal defects after energetic bombardment by machine learned molecular dynamics simulations
由于等离子体与环境的直接相互作用，需要对面向等离子体材料（PFM）的损伤进行分析，以构建下一代核机器，其中钨已被提议作为候选材料。在这项工作中，我们使用机器学习的原子间势进行分子动力学（MD）模拟，基于高斯近似势框架，在原始W晶格中模拟更好的中子轰击机制。MD潜力的训练，以再现现实的短程动力学，液相，和材料的重结晶，这是重要的碰撞级联。点缺陷的形成是量化和分类的描述符矢量（DV）为基础的方法，这是独立的样品温度及其成分，只需要适度的计算资源。空位的位置由k-d-tree算法计算。在W样品中的损伤的分析相比，由EAM Finnis-Sinclair和Tersoff-ZBL电位得到的结果，在样品温度为300 K和初级撞击原子（PKA）的能量范围为0.5-10千电子伏，其中一个很好的协议与报告的数量的Frenkel对观察。我们的研究结果提供了关于机器学习MD模拟相对于标准模拟的优点和局限性的信息。哑铃和crowdion缺陷的形成作为PKA的函数进行了讨论。
2019-10-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
