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
Identification of the Nitrogen Interstitial as Origin of the 3.1 eV Photoluminescence Band in Hexagonal Boron Nitride
在n型和富氮条件下，氮杂质（N $_\mathrm{i}$）在六方氮化硼（hBN）的本征缺陷中具有最低的形成能。使用优化的混合泛函，它再现了间隙，并满足广义Koopmans条件，一个N $_\mathrm{i}$配置被发现，这是在能量低于迄今为止报道的。（0/-）电荷跃迁能级也深得多，因此N $_\mathrm{i}$在n型样本中充当非常有效的补偿中心。其计算的光致发光（PL）在3.0 eV同意以及与在3.1 eV测量的N-敏感带的位置。还发现氮空位（V $_\mathrm{N}$）不可能是三硼电子（TBC）电子顺磁共振（EPR）中心的起源，并且在热平衡中它甚至不可能存在于n型样品中。
2021-01-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Atomistic mechanisms of oxidation and chlorine corrosion in Ni-based superalloys: The role of boron and light interstitial segregation
本文通过混合蒙特卡洛与分子动力学模拟，揭示了硼和氧等轻间隙原子在镍基高温合金氧化和氯腐蚀中重塑元素偏析、稳定氧化物网络的作用，并确定Nb为增强抗卤素腐蚀内聚力的关键元素。
2025-09-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Unexpected Reconstruction of the alpha-Boron (111) Surface
我们报道了一种新的α-硼（111）表面的重构，发现使用从头算结构搜索，并揭示了它有一个意想不到的整洁的结构和低得多的表面能比最近提出的（111）-IR，（a）表面.在这种重构过程中，每个间隙硼原子与相邻的B12二十面体之间的极性共价键形成桥连，这完全符合电子计数规则，并负责重构诱导的金属-半导体转变。间隙原子与二十面体之间的电荷转移对表面的稳定起着重要作用。
2014-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Mechanism for Radiation Damage Resistance in Yttrium Oxide Dispersion Strengthened Steels
基于氧化钇的ODS钢由于其观察到的抗辐射性能而被建议作为潜在的聚变反应堆壁材料。据推测，这种耐辐射性可能与粒子与空位、自填隙原子（SIAs）和其他辐射损伤碎片的相互作用有关。密度泛函理论已被用于在原子尺度上研究这一点。四个不同的界面，一些基于HRTEM观察，铁和氧化钇之间进行了研究。结果表明，Y $_2$ O $_3$ -Fe界面作为一个强大的陷阱与长程吸引的间隙和空位缺陷，允许重组而不改变界面结构。在不改变微观结构的情况下催化消除缺陷解释了ODS钢在辐射蠕变和溶胀方面的改进行为。
2013-10-08 cond-mat.mtrl-sci
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
Solution of the nonstationary diffusion equation for interstitial impurity atoms by the method of Green functions
基于格林函数方法，导出了描述非平衡间隙杂质原子非定常迁移的扩散方程的解析解。假定非平衡杂质的初始分布是由于离子注入而形成的，因此可用高斯函数来描述。在半导体表面施加常浓度杂质边界条件（Dirichlet边界条件）或反射边界条件。Dirichlet边界条件也适用于无穷远处的杂质浓度，即，在半导体的主体中。在此基础上，模拟了低温热处理过程中离子注入硼在硅衬底中的再分布。退火后的硼原子分布的计算值与实验值符合得很好。这意味着所得到的解析解既可用于验证数值结果，也可用于模拟低温热处理过程中非平衡杂质元素的长程迁移。
2008-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Boron in copper: a perfect misfit in the bulk and cohesion enhancer at a grain boundary
我们的从头算研究表明，硼在σ 5（310）[001]晶界上的偏聚应能强化晶界，使其覆盖率达到1.5 ML（15.24 at/nm^2）。在0.5 ML时观察到最大效应，对应于硼原子完全填充晶界间隙。在铜块体中，B在硼原子太大或太小的间隙和规则晶格位置都引起显著的畸变。当间隙硼和替位硼结合在一起形成强结合哑铃时，畸变在很大程度上得到补偿。我们的预测是，结合硼杂质应该出现在相当大的比例，如果不是占主导地位，在大多数实验条件。计算的溶解热和实验的B在Cu中的最终溶解度之间存在很大的差异，表明局部密度近似或，更有可能的是，强烈高估的溶解度极限在现有的B-Cu相图的一个声音失败。
2007-11-11 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
Complementary Thermodynamic Mechanisms of Boron and Carbon Segregation at Grain Boundaries in Nickel Alloys
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Air Force Institute of Technology（空军理工学院）
通过混合蒙特卡罗分子动力学模拟，揭示硼和碳通过互补路径稳定Ni-Cr合金晶界：碳驱动饱和控制稳定并抑制结构转变，硼通过选择性机制降低界面巨势。
2026-06-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Atomistic Simulations of Short-range Ordering with Light Interstitials in Inconel Superalloys
该研究利用混合MC-MD模拟揭示Inconel合金中B、C间隙原子与Cr、Mo、Nb的短程有序机制及其在空位和富Ti条件下对碳化物网络、相稳定性与力学性能的影响。
2025-07-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Segregation and Ordering of Light Interstitials (B, C, H, and N) in Cr-Ni Alloys: Implications for Grain Boundary Stability in Superalloy Design
本文通过蒙特卡洛模拟研究Cr-Ni合金中B、C、N、H轻间隙原子的偏聚与有序化行为，揭示硼强化晶界、碳氮析出及Mo抑制氢脆的机制，为高温合金晶界稳定性设计提供计算指导。
2025-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Computationally Predicted Electronic Properties and Energetics of Native Defects in Cubic Boron Nitride
本研究采用第一性原理方法结合半局部和介电混合泛函，全面分析了立方氮化硼中九种本征点缺陷的结构、电子特性及能量稳定性，并成功将 2.5 和 2.8 eV 处的光致发光峰分别归因于 N$_{\ m B}$ 和 B$_{\ m i}$ 缺陷。
2024-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Structure, non-stoichiometry, and geometrical frustration of alpha-tetragonal boron
最近发现的所谓纯的α-四氟硼酸需要重新审视其结构。该系统也是有趣的元素晶体，这是在β-菱面体硼中发现的一种新类型的几何挫折。采用密度泛函理论计算方法，对纯α-四硼酸的结构和热力学性质进行了研究。与β-菱面体硼不同，在B_52中，两个4c间隙位几乎满足稳定共价键的条件（带隙和完全填充的价带）。这表明纯的α-四氟硼酸的基态是化学计量的。然而，共价条件并不完全满足，因为存在不能消除的非键合间隙状态。4c位的半占据产生宏观量的剩余熵，其与β-菱面体硼的剩余熵一样大。因此，α-四氟硼酸可以被分类为具有几何挫折的元素晶体。只有在有限的温度下才能发生偏离化学计量的现象。热力学分析表明，δ与化学计量组成B_（52+ δ）的偏差很小，且为正值。对于所报道的高压合成条件，预测δ为约0.1至0.2。纯的和含C或N的α-四氢硼之间的一个重要区别是间隙位置的占据：纯的形式倾向于占据4c位置，而含C或N的形式占据2a，8h和8i位置的混合物。本文提供了位置占用，δ值和晶格参数的关系，使我们能够识别纯的α-四氢呋喃，并将其与其他形式区分开来。
2016-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Proposed high-power beta cells from MgAlB14-type icosahedral-boron semiconductors
β细胞产生电功率，因为来自掺入的放射性同位素的产生载流子的β辐射轰击一系列p-n结。然而，对太阳能电池中常用的半导体的辐射损伤将β电池限制于产生伴随的微小电功率（例如，微瓦）的极弱辐射。相比之下，二十面体富硼半导体可能产生许多数量级的更大功率的β细胞，因为它们的轰击诱导的原子位移自发自愈。此外，基于MgAlB 14结构的二十面体-富硼半导体的Mg和Al原子的取代可以产生pn结，因为来自掺杂诱导的间隙二十面体外原子的电子转移将一些正常的p型材料转化为n型。此外，电子-声子相互作用所产生的易置换间隙阳离子与载流子促进他们形成大的极化子。不透明的带电极化子在短距离内相互排斥。这些排斥抑制了n型极化子与p型极化子的复合，从而提高了β电池的效率。总之，使用这些二十面体富硼半导体可以使β电池的电功率比现有的β电池大许多个数量级。这一发展为利用核衰变发电开辟了一条新途径。
2019-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spectral Sampling of Boron Diffusion in Ni Alloys: Cr and Mo Effects on Bulk and Grain Boundary Transport
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Air Force Institute of Technology（空军理工学院）
本文通过谱采样框架研究Cr和Mo对镍合金中硼扩散的影响，揭示其在体相和晶界传输中的不同作用机制。
2025-12-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Hydrogenation, dehydrogenation of $α$-tetragonal boron and its transition to $δ$-orthorhombic boron
硼块体晶体具有特殊的结构复杂性和不寻常的相关物理现象。最近关于氢化$α$ -四氢化物和新的$δ$ -正交硼B $_{52}$相的报道提出了许多基本问题.用密度泛函理论计算表明，氢化$α$ -四氢硼至少有两种稳定的化学计量组成，B $_{51}$ H $_{7}$和B $_{51}$ H $_{3}$ .使用热力学建模来定性地再现Ekimov等人[J. Mater. Res. 31，2773（2016）]，其对应于从B $_{51}$ H $_{7}$到B $_{51}$ H $_{3}$到纯B $_{52}$的连续转变。如此获得的$δ$ -正交硼是有序的低温相，而$α$ -四硼是B $_{52}$的无序的高温相。这两个相通过有序-无序转变连接，这与间隙硼原子的迁移有关。在强结合的共价晶体中，原子迁移通常受到抑制。结果表明，硼原子的迁移可能是由退火时的氢原子的迁移协助。这些结果与上述实验非常一致，它们代表了对硼和氢化硼晶体的理解的重要一步。它们进一步开辟了一条新的途径，通过利用挥发性的外来原子来控制或去除共价键合晶体的固有缺陷。
2019-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Simulation of hydrogen diffusion and boron passivation in crystalline silicon
本文应用早期发展的氢迁移模型和氢原子与电活性杂质反应模型，模拟了掺硼硅衬底等离子体氘化过程中的氢扩散和钝化过程。计算的氘浓度分布同意以及在钝化区域的长度与在氢等离子体中在200摄氏度的温度下处理5，10和15分钟获得的实验数据。另一方面，为了实现一个很好的拟合的钝化和未钝化区域之间的计算出的配置文件的dielectness，它是必要的假设，描述由电活性掺杂剂原子的氢的吸收的参数的值随着钝化区域的深度的增加而减少。例如，在等离子体处理期间产生的非平衡点缺陷的不均匀空间分布可导致氢吸收的空间依赖性。
2013-01-23 cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation of boron defects in nickel ferrite spinel
硼在沉积在燃料棒上的多孔镍铁氧体（NiFe2O4，NFO）中的积累是具有重要安全性和经济性的主要技术问题。在这项工作中，镍铁氧体的电子结构进行了研究，使用第一性原理方法，并结合实验数据的结果来分析B纳入到NFO结构。在热力学平衡下，计算预测，将B并入NFO结构是不利的。主要的限制因素是NFO的稳定域窄以及作为第二相的B2O3、Fe3BO5和Ni3B2O6的沉淀。在n型NFO中，最稳定的缺陷是Ni空位，而在p型材料中，形成能最低的是四面体配位的间隙B。由于这些限制条件，B与Fe、Ni和O形成第二相比在NFO中形成点缺陷更有利
2015-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Behavior of hydrogen ions, atoms, and molecules in alpha-boron studied using density functional calculations
我们研究的行为，氢离子，原子和分子的α-硼使用密度泛函计算。氢作为负U中心，正H离子更喜欢偏离中心坐在层间键上，负H离子更喜欢坐在三个B12二十面体之间的平面内位置。B12二十面体笼内的氢原子是不稳定的，漂移偏离中心，离开笼只有0.09 eV的障碍。虽然H 0是非常移动的（扩散势垒0.25 eV），H+和H-具有0.9 eV的更高的扩散势垒。一旦移动，这些缺陷将结合，在间隙空隙空间中形成H2，其将保持捕获在晶格中直到高温。基于这些结果，我们讨论了氢在β-硼中的行为的电势差，并与实验μ子注入数据进行了比较。
2011-03-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ground-State Structure Search of Defective High-Entropy Alloys Using Machine-Learning Potentials and Monte Carlo Sampling
Texas A&M University（德克萨斯农工大学）
PAIPAI通过结合机器学习势和蒙特卡洛采样，高效预测高熵合金中缺陷和间隙物种的基态结构。
2026-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling the hardness of a borophene-based compound
二维系统加强了其作为新应用的关键材料之一的地位。最近，硼加入了被证实具有二维同素异形体的元素的杰出群体，称为硼烯。在这项工作中，我们探索了最高的钨硼化物的稳定性和硬度，这被认为是由金属原子分离的硼烯构成的。我们发现，WB $_{3+x}$只有在$x$的值很小的情况下才具有接近40 GPa的维氏硬度。额外的硼原子的插入通常在硬度方面对WB $_{3}$是有害的，因为导致形成与相邻W层连接不太紧密的准平面硼片。非常高浓度的硼（$x \approx 1$）产生软的（维氏硬度约为8 GPa）且不稳定的$hP$ 20-WB $_{4}$结构，其可被认为是由石墨W层分隔的准平面硼$α$ -片构成。另一方面，我们表明，钨空位的形成带来的结构，例如W $_{0.75}$ B $_{3+x}$，与维氏硬度，是不太敏感的硼含量的变化，并在值接近实验报告的负载无关的值高于20 GPa。
2017-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Local distortions as a source of piezoelectric/stiffness decoupling in B-doped AlScN
Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）
研究通过第一性原理分析B掺杂AlScN的结构起源，揭示刚度C33与压电响应e33解耦的机制，发现硼空位导致钪环境对称化，从而增强压电性能。
2026-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Protection of metal interfaces against hydrogen-assisted cracking
本文提出通过硼和碳在晶界的间隙偏聚阻止氢偏聚，在马氏体钢中将氢渗入降低一半，实现显著抗氢脆性能，并可推广至其他易氢致失效的金属材料。
2025-09-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electronic structures of B-2p and C-2p of boron-doped diamond film by soft X-ray absorption and emission spectroscopy
对金属（~1at%B，B-金刚石）和半导体（~0.1at%B，N，BN-金刚石）掺杂金刚石薄膜进行了B-K和C-K边附近的X射线吸收（XAS）和发射（XES）谱研究。B-K XAS和XES谱都显示出金属的偏态密度（PDOS），费米能级为185.3eV，与不同的电学性质相比，没有明显的硼浓度依赖性。在B金刚石的C-K XAS谱中，在费米能级附近观察到明显的硼杂质态。费米能级E_V与未掺杂金刚石的价带顶能级E_V基本相同，为283.9 eV。BN-金刚石的C-K XAS显示了B诱导的浅能级和N诱导的深宽能级作为带隙态，其中浅能级与由电导率随温度的变化估算的激活能（Ea =0.37 eV）吻合较好，即直接观察到了杂质诱导金属化的C-2 p PDOS的变化。这种金刚石的电学性质主要归因于费米能级附近C-2 p的电子结构。所观察到的XES光谱与DVX-α簇计算进行了比较。DVX-α结果支持在XAS和XES谱中观察到的B-2 p和C-2 p之间的强杂化，并且表明金刚石中的少量硼（<1at%）占据替代位点而不是间隙位点。
2004-07-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Structures and magnetic properties of Co-Zr-B magnets studied by first-principles calculations
采用自适应遗传算法和第一性原理计算对Co-Zr-B合金在Co 5 Zr附近的结构和磁性能进行了研究，为进一步优化其磁性能提供了实验依据。通过广泛的结构搜索，我们构建的能量和磁矩的Co-Zr-B磁体合金的组成的函数的等高线图。我们发现，Co-Zr-B系统表现出相同的结构基序的“Co 11 Zr 2”的多晶型，这在实现高介电常数的关键作用。硼原子可以选择性地取代钴原子或占据间隙位置。第一性原理计算表明，适当的硼掺杂可以显著提高磁晶各向异性能。
2015-04-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Boron cage effects on Nd-Fe-B crystal structure's stability
在这项研究中，我们研究了假设的Nd-Fe-B晶体结构的结构稳定性关系，使用相关分析和t-SNE降维方法。采用元素替代法从Open Quantum Materials Database中的5967个LA-T-X主体结构中生成了149个假想的Nd-Fe-B晶体结构，其中LA表示镧系元素，T表示过渡金属，X表示轻元素B、C、N和O。通过用Nd取代所有镧系元素位点，用Fe取代所有过渡金属位点，用B取代所有轻元素位点来创建假设的晶体结构。高通量的第一性原理计算被应用于评估这些结构的相稳定性。其中20个被发现是潜在的可成形的。对轨道场矩阵（OFM）材料描述子的相关性分析表明，平均原子配位数是决定这些取代Nd-Fe-B晶体结构稳定性的关键因素。在20个被发现潜在可形成的假设结构中，有19个具有大于6.5的平均配位数。此外，OFM描述符表示的所有本地结构被集成到一个可见的空间，研究它们的特性和它们所属的晶体结构的稳定性之间的详细相关性。我们发现，不稳定的取代结构经常进行Nd和Fe的本地结构与两个突出点：低的平均配位数和完全占据B相邻原子。此外，只有三种流行的形式的B局部结构出现在所有潜在的可形成的替代结构：笼状网络，平面网络，和间隙网站。发现的关系是有希望的，以加快筛选过程中的新的可成形的晶体结构。
2020-08-20 cond-mat.mtrl-sci physics.data-an
