Microscopic modeling of the effect of phonons on the optical properties of solid-state emitters
了解光学活性纳米系统中的振动效应对于成功地实现基于分子的电光器件、量子信息通信、单光子源和用于生物测量的荧光标记的应用是至关重要的。在这里，我们提出了一个第一性原理的微观描述的声子的作用上的同位素位移中提出的光学发射光谱与带负电荷的硅空位色心在金刚石。我们使用的自旋玻色子模型和估计的电子-声子相互作用，使用对称化的分子描述的电子状态和力常数模型来描述分子振动。为了解释零声子线的光学性质和声子边带的同位素位移，给出了群论论证和动力学对称性破缺。
2016-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Friction in a solid lubricant film
利用分子动力学分子动力学研究了两个基底之间的薄（一到五层）润滑膜的运动接触，并利用Langevin方程进行了研究，其外部阻尼系数取决于原子相对于基底的距离和速度，其动机是微观结构。他们表明，最小的摩擦系数是获得固体滑动制度。结果的详细分析，与其他微观摩擦建模方法的比较，以及可以与实验进行比较的量的评价，例如从粘滑到平滑滑动的过渡速度，用于讨论摩擦的微观模拟的相关性。
2000-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic theory of ionic motion in solid electrolytes
我们提出了一个微观的，第一性原理描述的离子在晶体中的导电。这种形式主义使我们能够获得新的见解一般离子导电材料的理想特性，特别是固体电解质。使用\textit{ab initio}计算，我们表明，我们的形式主义的离子迁移率的结果与实验几种材料。我们的工作开启了基于基本物理原理而不是对潜在过程的经验描述来开发固体电解质的可能性。
2021-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Similarity of the Boson Peaks in Disordered Systems to the van Hove Singularities in Regular Crystals
在微观水平上分析了有限浓度杂质的固体置换溶液的声子谱。计算了杂质原子的局域声子密度，特别研究了准局域振动的形成及其随杂质浓度的演化。杂质和声子Ioffe-Regel交叉（准局域振动上快速传播声子的散射）的表现形式的主机晶格的原子的局部谱密度的修改进行了分析。结果表明，这种散射导致了替代型固溶体声子谱中出现“玻色子峰”等特征。这种奇异性在无序结构中的物理性质和理想晶体中的范霍夫奇异性的共同点被建立，特别是，由于它们在慢声子上的散射，声学声子的群速度降低。
2011-07-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Microscopic theory of ionic motion in solids
移动离子在固体中的拖曳和扩散是纯理论和应用科学界感兴趣的。本文提出了固体中离子拖曳的理论描述，可用于估算晶体中的离子电导率，并形成了固体电解质材料的合理设计的基础。从一般的固体哈密顿量出发，我们采用非平衡路径积分形式主义，发展了一个在热涨落存在下固体离子输运的微观理论。根据涨落耗散定理的要求，我们得到了随机力的方差与摩擦力的关系。然而，由于系统的晶体性质，这两个量是张量的。我们使用拖曳张量来写下离子迁移率的公式，由晶体离子产生的电势分布确定。
2022-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Frequency-resolved microscopic current density analysis of linear and nonlinear optical phenomena in solids
本研究提出固体电子动力学的频率分辨微观电流密度分析方法，结合含时密度泛函理论第一性原理模拟，可有效捕捉金属、半导体和绝缘体中不同电子的特性，为线性与非线性光学现象的微观研究提供新手段。
2023-07-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Microscopic view of heat capacity of matter: solid, liquid, and gas
在原子水平上理解液体的热力学是具有挑战性的，因为强烈的原子相互作用和缺乏对称性。最近以前的理论工作集中在描述液体的热容量的声子类激发，但往往依赖于拟合参数和特设的假设。在这项工作中，我们进行微观分析的瞬时正常模式和速度自相关的分子动力学模拟的单元素系统在宽范围的温度（高达$10^8$ K）和压力（高达1 TPa）。我们的研究结果表明，液体的热容量可以描述的固体和气体自由度的组合，导致一个统一的框架来描述所有三个阶段的物质：固体，液体和气体的热容量。
2022-10-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
From plastic flow to brittle fracture: role of microscopic friction in amorphous solids
软质无定形材料的塑性通常涉及在强烈剪切时出现的集体变形模式。无定形塑性的微观基础通常是通过“Eshelby”型事件的概念建立的，Eshelby型事件是通过非局部弹性型相互作用在周围材料中诱导流动的局部突然重排。尽管无序固体在尺度、微观成分或相互作用方面存在差异，但这种流动的普遍机制已经被提出。然而，我们认为，颗粒状固体中的摩擦相互作用的存在下，通过成核微剪切裂纹，不断聚结建立系统的跨越类地层故障的方法改变了流动的动力学。塑性到脆性的失效转变是唯一控制的程度的摩擦阻力，这是在本质上类似的作用，分离的突然和光滑的屈服制度在玻璃结构中的异质性。
2018-10-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.soft
Microscopic diamond Solid-Immersion-Lenses fabricated around single defect ceneters by focussed ion beam milling
总结了最近的努力，定义微观固体浸没透镜（SIL）的聚焦离子束铣削到金刚石基板注册到一个预选的单光子发射器。我们展示了如何确定一个发射器的位置，至少100 nm的横向和500 nm的轴向精度，以及如何优化铣削过程。测量了单个发射极（金刚石中的氮空位（NV）中心）在SIL制备前后的特性，并进行了比较。利用面向$[111]$的NV中心实现了每秒100万次计数的计数率。
2014-10-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Microscopic dynamics of lithium diffusion in single crystal of the solid-state electrolyte La$_{2/3-x}$Li$_{3x}$TiO$_{3}$ ($x=0.13$) studied by quasielastic neutron scattering
采用准弹性中子散射（QENS）测量和基于第一性原理的分子动力学计算相结合的方法研究了固体电解质La $_{2/3-x}$ Li $_{3x}$ TiO $_{3}$（LLTO）与$x=0.13$中Li $^+$离子的动力学行为。通过使用大的$^7$富锂单晶样品，在600 K的温度（$T$）下沿三个主轴[110]，[111]和[001]清楚地观察到QENS信号。沿每个方向的QENS信号的线宽的波矢依赖性很好地解释了使用Chudley-Elliot模型通过瓶颈广场的钙钛矿晶格的A位点之间的跳跃，这也被分子动力学计算所支持。在$T=600$ K下，估计的Li $^+$（$D_{Li}$）在$ab$平面中的自扩散系数[ $D^{ab}_{Li}=(6.8\pm0.5)\times 10^{-6}$ cm $^2$ /s]略大于沿$c$轴的自扩散系数[ $D^{c}_{Li}=(4.4\pm0.3)\times 10^{-6}$ cm $^2$ /s]，表明准各向同性扩散，即Li $^+$离子的三维扩散。$D_{Li}$随$T$的降低而降低的现象可以通过热活化过程合理地解释，活化能由离子电导率测量确定。此外，Li $^+$离子的自扩散系数的估计值与基于硫化物的Li $^+$离子导体Li $_{7}$ P $_{3}$ S $_{11}$中的自扩散系数相当，尽管其离子电导率比LLTO大10倍。…
2021-09-30 cond-mat.mtrl-sci
In Situ Dynamics of the Microscopic Crystallographic Dehydration Pathway in a Model Channel Hydrate, Theophylline
University of Leeds（利兹大学）；Diamond Light Source（钻石光源）；AstraZeneca（阿斯利康）；Imperial College London（伦敦帝国学院）
利用原位低剂量扫描电子衍射研究茶碱一水合物脱水过程，揭示其通过两步重构型拓扑固相转变实现，涉及各向异性表面质量损失和表面成核生长。
2026-06-11 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
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
Normal mode decomposition of atomic motion in solids
本文介绍固体中原子运动分解为简正模式的方法，涵盖经典形式、模式分类（声子等），并展示其在热容和热导率预测中的应用。
2023-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Coulomb blockade in microscopic material defects as a source of decoherence and noise in solid-state quantum circuits
National Physical Laboratory（英国国家物理实验室）；Royal Holloway University of London（伦敦大学皇家霍洛威学院）
研究固态量子器件中退相干问题，通过扫描门显微镜发现源于金属颗粒库仑阻塞和微波驱动电荷隧穿的新退相干机制，其与TLS缺陷不同且常被传统技术误判，消除金属颗粒可抑制此机制提升器件性能。
2026-07-20 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Field-driven solid-on-solid interfaces moving under a stochastic Arrhenius dynamic: effects of the barrier height
我们目前的分析结果和动力学蒙特卡罗模拟的流动性和微观结构的固-固（SOS）界面驱动远离平衡的外力，如外加场或（电）化学电势差。界面在具有局部能量势垒的特定随机动力学（阿克里欧斯动力学）下演化，称为过渡动力学近似（TDA）。我们计算了界面上台阶的平均高度，平均界面速度，以及作为驱动力和能垒高度的函数的界面的偏斜度。我们发现，微观界面结构依赖于相当强烈的势垒高度。随着势垒变高，局部界面宽度减小，偏度增加，表明台阶高度之间的短程相关性增加。
2005-11-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Microscopic origin of shear bands in 2D amorphous solids from topological defects
本研究通过二维模拟证实，非晶固体中的剪切带源于拓扑缺陷链，该缺陷链在弹性区已存在，并受远处偶极子湮灭远程激活而形成流动带，机制类似超流体中的类孤子稀疏脉冲。
2025-07-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
The Microscopic Quantum Theory of Low Temperature Amorphous Solids
玻璃中的量子激发长期以来一直是凝聚态物理学家的一组难题。一个普遍的观点是，它们在很大程度上是晶体中元激发的无序类似物，辅以两个能级系统，这些系统是来自无序的化学局部实体。对这幅图的一个根本性的修正认为，低温玻璃中的激发与玻璃玻璃化时的能量景观有着深刻的联系：激发不是建立在单个基态上的低激发态，而是局部定义的共振，在固体的能谱中处于高位。根据半经典分析，两个层次的系统涉及共振集体隧穿运动的约200个分子单位的马赛克的合作运动在玻璃化转变温度$T_g$的遗物。TLS的态密度由$T_g$和镶嵌体的长度尺度决定，这是冷却速率的弱函数。解释了声子散射在绝缘玻璃中的普遍性。在较高温度下观察到的玻色子峰和热导率的平台也被定量地理解为来自相同的合作运动，但现在伴随着马赛克振动模式的热激活。一些局部结构跃迁的动力学对半经典图像有显著的量子修正。这些修正导致了热容和电导率与标准隧穿模型结果的偏差，并解释了热容的反常时间依赖性。隧穿中心之间的相互作用导致玻璃中经常观察到的大的和负值的Grüneisen参数。
2005-06-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Electron spin resonance study of atomic hydrogen stabilized in solid neon below 1K
本文报道了在4.6T的高场和低于1 K的温度下，用电子自旋共振方法研究了固体Ne基质中稳定的氢原子。在$\sim$ 1 K的温度下缓慢沉积在衬底上的Ne的膜表现出高度的孔隙率。我们发现，H原子可能被困在两个不同的替代位置的Ne晶格以及内部的纯分子H $_{2}$在Ne膜的孔的集群。后一种类型的原子在0.3-0.6 $\,$ K的温度下对复合非常不稳定。基于所观察到的几乎瞬间衰减后，快速小的温度升高，我们评估的复合速率常数的下限$k_{r}\geq5\cdot10^{-20}\,$ cm $^{3}$ s $^{-1}$在0.6 $\,$ K，5个数量级大于以前发现的薄膜中的纯H $_{2}$在相同的温度。这种行为假定原子的迁移率非常高，并且可以指示某些尺寸的H $_{2}$簇的固-液转变，类似于在氦液滴内的H $_{2}$簇的实验中观察到的（Phys. Rev. Lett 101，205301（2008））。我们发现，H $_{2}$在氖膜中的解离效率比纯H $_{2}$中的解离效率提高了2个数量级，这是由强烈的次级电子发射引起的。
2018-01-22 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Mechanical Yield in Amorphous Solids: a First-Order Phase Transition
非晶态固体在应变的临界值下屈服（在应变控制实验中）;对于较大的应变，平均应力不再增加-系统显示弹塑性稳定状态。材料界长期存在的一个谜是材料屈服前后的微观状态有什么不同。文献中的解释是具体的，但这一现象的普遍性需要一个普遍的答案。我们在这里认为，有没有根本的区别，在物质的状态之前和之后的产量，但产量是一个真正的一阶相变之间的一个高度限制的一组可能的配置居住在一个小区域的相空间，一个非常丰富的配置，其中包括许多边缘稳定的。为了证明这一点，我们采用了一个序参量的普遍适用性，独立的微观相互作用，这是成功的量化过渡在一个明确的方式。
2016-01-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
General theory of the viscosity of liquids and solids from nonaffine particle motions
本研究基于非仿射线性响应理论，从微观可逆哈密顿量严格推导凝聚态黏度新公式，可替代Green-Kubo方法避免长时间拖尾拟合，并建立黏度与振动态密度、记忆核零频极限的直接联系。
2024-04-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The effect of atomic-scale defects and dopants on graphene electronic structure
单原子厚的石墨烯对吸附的原子和分子的存在极其敏感，并且更一般地，对诸如空位、空穴和/或取代掺杂剂的缺陷极其敏感。这种性质除了可直接用于分子传感器设备之外，还可以用于调节石墨烯的电子性质。在这里，我们简要回顾了原子尺度缺陷的基本特征，这些缺陷对材料设计很有用。在简单介绍了孤立的$p_z$缺陷后，我们分析了多个缺陷石墨烯衬底的电子结构，并展示了如何预测微观有序磁结构的存在。随后，我们分析了更复杂的情况下，电子结构，修改的存在下，一些缺陷，影响化学反应的基板对吸附（化学吸附）的原子/分子物种，导致优先坚持特定的晶格位置。然后，我们考虑了反向问题，即如何利用缺陷来设计石墨烯的电子性质。在这种情况下，我们表明，安排缺陷，形成蜂窝状超晶格（我们可以称之为“supergraphenes”）的能带结构中打开一个相当大的差距和新的狄拉克锥创建的权利接近的间隙区域。类似地，我们发现，替代掺杂剂，如IIIA/VA族元素可能有间隙的准圆锥形结构对应于大量狄拉克载波。所有这些可能的结构都可能在石墨烯逻辑晶体管的开发中找到重要的技术应用。
2011-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A phase field electro-chemo-mechanical formulation for predicting void evolution at the Li-electrolyte interface in all-solid-state batteries
我们提出了一种预测全固态电池单元充放电过程中锂金属电极中空隙演化的机理理论。一个相场制剂开发模型空位湮没和成核，并使跟踪的空隙锂金属界面。这是再加上粘塑性描述的Li变形，捕捉蠕变效应，和占替代（体和表面）Li扩散和电流驱动的通量的传质配方。此外，我们将电极和固体电解质之间的相互作用，解决耦合的电化学力学问题在这两个领域。这使得能够预测电解质电流分布，从而预测局部电流“热点”的出现，其充当枝晶形成和细胞死亡的前体。理论框架的数值实现，并进行了单和多个空隙的情况下，研究预测的演变的空隙和电流热点的功能所施加的压力，材料的性能和收费（幅度和周期的历史）。对于电镀和剥离，洞察到体扩散，锂溶解和沉积，蠕变，和成核和湮灭的空位之间的相互作用。该模型捕捉的主要实验观察，不仅包括电解质电流和空隙形态的关键特征，但也对所施加的电流的敏感性，压力的作用，增加电极-电解质接触面积，和蠕变空位扩散的主导地位。
2022-06-29 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.app-ph
Kinetic view on dynamic plasticity of crystalline solids
本文提出基于多面体胞腔复形（PCC）微观滑移演化的动力学视角，取代传统位错模型，为晶体固体塑性流动提供统计与热力学描述，并揭示应变率敏感性的微观机制。
2024-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
Mixed quantum-classical modeling of exciton-phonon scattering in solids: Application to optical linewidths of monolayer MoS2
本研究提出一种用于固态材料激子-声子散射的混合量子-经典框架，结合倒易空间动力学与从头算参数化的相互作用模型，计算单层MoS₂光学线宽，结果与多温度下实验值吻合，为研究固体非绝热动力学提供新途径。
2024-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
