Thermoelectric phonon glass electron crystal via ion beam patterning of silicon
离子束辐照是近年来功能材料设计的一种新方法。在这项工作中，我们表明，图案化的缺陷区域产生的离子束照射硅可以创建一个声子玻璃电子晶体（PGEC），热电的一个长期的目标。通过控制缺陷区域的有效直径和缺陷区域之间的间距，分子动力学模拟表明可以实现导热率降低$\approx$ 20倍。玻尔兹曼理论表明，热电功率因数在受损材料中基本上保持不变。为了方便玻尔兹曼理论，我们推导出一个解析模型的电子散射与圆柱形缺陷区域的基础上分波分析。我们一起预测，在室温下，这些硅超材料的最佳图案化几何形状的ZT $\approx$ 0.5或更高的品质因数。这些研究结果表明，纳米结构的图案化缺陷区域的晶体材料是一个可行的方法来实现PGEC，离子束照射可能是一个有前途的制造策略。
2017-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Swift Heavy Ion Irradiation Induced Modifications in Structural, Microstructural, Electrical and Magnetic Properties of Mn Doped $SnO_{2}$ Thin Films
本文研究了快重离子束辐照对$Sn_{0.9}Mn_{0.1}O_{2}$薄膜的结构、微结构、电磁性能的影响。的结构和电气结果已被解释通过使用本机或点缺陷的属性，而磁性和形态的变化已被解释在材料的导电性方面。已经努力总结了所有可能的带电和中性点缺陷（$V_{Sn}^{4-}$、$Sn_{i}^{4+}$、$V_{O}^{0}$、$O_{i}^{2-}$、$Sn_{O}^{4+}$、$O_{Sn}^{2-}$、$H_{O}^{+}$）的性质，然后从实验观察结果和理论计算结果之间的相关性中得出了各种有趣的结论。
2016-12-17 cond-mat.mtrl-sci
An intermediate morphology in the patterning of the crystalline Ge(001) surface induced by ion irradiation
本研究在高于再结晶温度的条件下用氩离子束轰击Ge(001)表面，发现了介于已知两类形貌间的新型中间形貌，并通过拓展理论加入溅射产额曲率依赖性二阶修正项，建立的连续介质模型可很好复现该实验形貌。
2023-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Online in-situ X-ray diffraction setup for structural modification studies during swift heavy ion irradiation
由于快速重离子的撞击而引起的电子激发的高能量密度可以诱导材料中的结构修改。我们提出了一种称为ALIX的X射线衍射仪，它已被设置在低能量IRRSUD束线的GANIL设施，允许作为离子注量的函数的结构修饰动力学的研究。对X射线装置进行了改进和优化，使快速重离子辐照与X射线图案记录同时进行。我们提出了ALIX的能力，通过使用从衍射和从离子-靶相互作用的X射线之间的能量歧视进行同时照射-衍射。为了说明其潜力，本文介绍了顺序或同时辐照-衍射的结果，以显示辐射对陶瓷结构性能的影响。本文研究了多晶MgO和SrTiO_3在氙离子辐照下的相变动力学。我们已经观察到，MgO氧化物是耐辐射的高电子激发，相反的SrTiO 3，它表现出从结晶到非晶态的过渡在照射过程中的高灵敏度。通过解释SrTiO 3的非晶化动力学，缺陷重叠模型进行了讨论，以及潜在的轨道特性。结合透射电子显微镜研究，我们得出结论，一个单一的影响模型描述的相变机制。
2012-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Fundamental Phenomena and Applications of Swift Heavy Ion Irradiations
本文综述了高能离子在电子能量损失机制下产生的损伤结构的特性和特征。快速重离子（SHI）的辐照实验在许多不同的领域都有应用，例如离子跟踪纳米技术，功能材料的辐射硬度分析和宇宙辐射的实验室测试。SHI-固体相互作用的基础知识，特别注意在电子子系统中的过程进行了描述。各种材料和材料类别的广泛的损伤现象的例子，以及典型的表征技术的描述。审查还提出了国家的最先进的建模工作，试图占电子和原子子系统的耦合过程的复杂性。最后，讨论了SHI现象与核燃料中裂变碎片引起的效应的相关性，以及如何将这一知识应用于更好地估计核材料的损害风险。
2020-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Grain Size and Temperature-Dependent Response of 5-mol% Gd-Doped Ceria to Swift Heavy Ion Irradiation with 80 MeV Ag and 120 MeV Au Ions
研究了5-摩尔%钆掺杂二氧化铈在不同离子能量（80 MeV Ag、120 MeV Au）和温度（1000 K）下对快重离子辐照的响应，分析晶粒尺寸（纳米、块体）影响，发现块体晶粒尺寸稳定性更佳，结果与热尖峰模拟一致。
2025-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Identical response of insulators to irradiations by swift heavy ions: application to experiments on Gd2Ti2O7
研究了快重离子的径迹半径Re。实验径迹数据进行了分析，在Gd_2 Ti_2 O_7烧绿石在范围Se=6-54 keV/nm（Se -电子阻止本领），包括由低速和高速离子辐照。介绍了分析型热峰模型（ATSM）的主要特点。Gd_2Ti_2O_7的径迹数据表现出尺度特征，这意味着与仅由单个材料参数（MP）（熔化温度Tm）控制的其它绝缘体的径迹尺寸的简单定量关系。在Se的整个范围内描述了Re ~ 2-Se的径迹演化曲线，不需要使用任何单独的拟合参数和除Tm以外的MP，径迹形成阈值Set=6.1/14.4keV/nm（E<2 MeV/核子和E>8 MeV/核子）。Tm的独特作用是对径迹形成机制的非常重要的限制。的实际后果的结果进行了讨论方面的估计辐照参数
2021-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Mechanisms of Temperature-Dependent Ion Track Formation in Gallium Nitride under Swift Heavy Ion Irradiation
School of Nuclear Science and Technology, Xi’an Jiaotong University（西安交通大学核科学与技术学院）；Academy of Chips Technology, China Electronics Technology Group Corporation（中国电子科技集团公司芯片技术研究院）；National Key Laboratory of Integrated Circuits and Microsystems（集成电路与微系统国家重点实验室）
研究通过双温度模型与分子动力学模拟揭示了氮化镓在高温下快速重离子诱导损伤的微观机制，发现温度驱动离子束道形态转变，从不连续段到由孤立纳米气泡组成的连续束道，最终形成完全连续通道，且温度升高促进气泡形成和束道可见性。
2026-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Swift heavy ion track formation in SiC films under high-temperature irradiation
P.N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院列别杰夫物理研究所）
研究探讨了SiC薄膜厚度和辐照温度对Swift重离子径迹形成及结构的影响，通过建模发现不同温度下形成陨石坑和丘状结构，并确定了临界温度与薄膜厚度的关系。
2026-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Local formation of nitrogen-vacancy centers in diamond by swift heavy ions
我们将注入氮的金刚石暴露于快速铀和金离子束（~1 GeV），发现这些辐照直接导致氮空位（NV）中心的形成，而无需热退火。我们比较了快速重离子激活的NV-中心的光致发光强度与低能量电子照射和热退火形成的。用快重离子辐照的NV-产额是低能电子产额的0.1和热退火产额的0.02。我们讨论了快速重离子形成NV心的可能机制，如电子激发和热尖峰。虽然以低效率形成NV中心，但快速重离子使得能够在数十微米的相对大的距离上形成三维NV组装体。此外，我们的研究结果表明，NV中心的形成是一个本地探针的（部分）晶格损伤弛豫诱导的电子激发从快速重离子在金刚石。
2014-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Swift-heavy-ion-irradiation-induced enhancement in electrical conductivity of chemical solution deposited La0.7Ba0.3MnO3 thin films
用200 MeV的Ag+15离子辐照用化学溶液沉积技术沉积的La0.7Ba0.3MnO3锰氧化物外延薄膜，最大离子剂量达到1 × 10^12 ions/cm 2。温度和磁场依赖的电阻率测量所有的膜（照射前后）揭示了持续的电阻率随离子剂量的增加而下降。在330 K [绝缘体-金属（I-M）转变]和10 K下，最大剂量为1 × 10^12离子/cm 2时，电阻率分别降低3倍和10倍。另一方面，随着离子注入剂量的增加，磁电阻（MR）在I-M转变附近增强，但在低温下降低。这些结果，证实了薄膜的表面形态，表明这种性能的起源在于辐照诱导的结晶度和外延取向的改善，晶粒之间的连接性增强，以及晶粒的聚集，从而导致在晶界处更好的导电性。
2006-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Deterministic multi-level spin orbit torque switching using He+ microscopy patterning
He $^+$离子辐照用于在霍尔条中以不同辐照剂量图案化Pt/Co/W膜的多个区域。由此产生的垂直磁各向异性景观，使选择性的多级电流感应开关，与完全确定性控制的位置和顺序的各个开关元件。关键图案设计参数的规定，打开一条可扩展的多级开关器件。
2023-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Swift heavy ion irradiation of SrTiO$_3$ under grazing incidence
用快重离子辐照SrTiO $_3$单晶，导致表面改性。这些修改的形态的细节强烈地依赖于入射角，可以通过原子力显微镜进行表征。在掠射角下，表面出现不连续的纳米级小丘链。潜径迹半径可以由链的长度随入射角的变化来确定。该半径是材料特异性的，并且允许计算SrTiO $_3$的电子-声子耦合常数。我们表明，如果考虑到空间电子密度的理论描述的纳米点的创建是可能的在一个双温度模型。不连续特征的出现可以很容易地在这个模型中解释，但事实证明，电子激发在飞秒时间尺度上消散，因此太快，无法向声子系统提供足够的能量，以诱导热熔融过程。我们证明，这可以解决，如果温度依赖的扩散系数引入到模型中。
2008-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Creating mixed-phase states in cadmium sulfide by swift heavy ion irradiation
Institute of Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Higher Institute of Technologies and Applied Sciences, University of Havana（哈瓦那大学高等技术与应用科学学院）；Institute of Plasma Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院等离子体物理研究所）
本研究结合TREKIS-3与LAMMPS模拟快重离子辐照下硫化镉的响应，发现闪锌矿与纤锌矿相损伤特征不同，辐照后形成非晶核心与缺陷晶体晕的混合结构，为制备混合相CdS基材料提供了新途径。
2025-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Composition Patterning in Systems Driven by Competing Dynamics
我们研究的合金系统中，短程，热驱动的扩散竞争与外部施加的，有限范围内，非热原子交换，是在合金辐照下的情况。使用Cahn-Hilliard型的方法，我们表明，当这些交换的范围超过一个临界值，在介观尺度的鸟氨酸浓度模式可以稳定。此外，这些稳态模式只出现在强迫交换频率的窗口中。我们的研究结果表明，离子束可以提供一种新的途径来稳定和调整材料中纳米结构特征的大小。
1999-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Mechanisms of surface nanostructuring of Al2O3 and MgO by grazing incidence irradiation with swift heavy ions
实验发现，与未发现损伤的正入射离子束辐照相比，在23 MeV I束掠入射条件下，Al_2O_3和MgO材料的表面发生了明显的纳米改性，而且这两种材料中的离子产生了明显不同的结构：MgO表面上的纳米小丘包围的凹槽与Al2O3表面上的更光滑的辊状不连续结构。为了解释这些结果，进行了详细的数值模拟。我们发现，表面的存在抑制重结晶过程，从而防止瞬态轨道恢复，从而形成可观察到的纳米粒子。此外，在熔融状态下的粘度在Al2O3与MgO的差异解释了在所创建的纳米结构的差异。因此，我们的研究结果提供了一个更深入的了解表面纳米结构的基本过程，可能允许控制生产周期性的表面纳米粒子。
2020-03-10 cond-mat.mtrl-sci
The growth of metastable fcc Fe78Ni22 thin films on H-Si(100) substrates suitable for focused ion beam direct magnetic patterning
本文研究了在硅衬底上生长亚稳面心立方非磁性Fe_（78）Ni_（22）薄膜。这些膜在离子束照射时经历磁性（顺磁性到铁磁性）和结构（面心立方到体心立方）相变，因此可以用作通过聚焦离子束直接写入磁性纳米结构的模板。到目前为止，这些薄膜仅在单晶Cu（100）衬底上制备。我们发现，可变形的Fe 78 Ni 22薄膜也可以制备在氢终止的Si（100）与130 nm厚的Cu（100）缓冲层。H-Si（100）衬底可以通过氢氟酸蚀刻或通过在1200°C下退火然后吸附原子氢来制备。采用超高真空热蒸发法制备了Cu（100）缓冲层和Fe 78 Ni 22 fcc亚稳薄膜。采用4keV Ar+离子辐照原位转变和30 keV Ga+聚焦离子束异位转变，利用磁光Kerr效应磁强计研究了薄膜的磁性能。用标准硅晶片代替昂贵的铜单晶衬底极大地扩展了亚稳顺磁薄膜在聚焦离子束直接磁图案化中的应用可能性。
2018-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Swift heavy ion irradiation of GaSb: from ion tracks to nano-porous networks
研究了185 MeV $^{197}$ Au快重离子辐照引起的GaSb晶体中离子径迹的形成、非晶化和孔隙的形成随能量密度和辐照角度的变化。RBS/C和SAXS显示离子轨道半径在3 nm和5 nm之间。所观察到的孔的形态和饱和膨胀的GaSb薄膜显示出很强的照射角度依赖性。拉曼光谱和扫描电子显微镜表明，离子轨道作为一个来源的应变在材料中，导致宏观塑性流动在高能量密度和正常的照射。结果与玻璃的离子锤击模型一致。此外，广角X-射线散射揭示了形成纳米微晶内，否则无定形GaSb后发病的孔隙率。
2020-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-temperature threshold of damage of SiC by swift heavy ions
该研究通过结合蒙特卡洛代码TREKIS-3与分子动力学模拟，发现SiC在快重离子辐照下存在约1800 K的损伤阈值，超过该温度会形成纳米损伤核心与空洞链，低于则完全再结晶。
2025-01-21 cond-mat.mtrl-sci
A Neuroevolution Potential for Gallium Oxide: Accurate and Efficient Modeling of Polymorphism and Swift Heavy-Ion Irradiation
Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院近代物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Lanzhou University（兰州大学）
本文提出了一种基于神经进化势（NEP）框架结合能量依赖加权策略的机器学习互原子势（MLIP），用于准确高效建模镓氧化物的多形性和快速重离子辐照行为，该势在精度和计算效率上优于现有最先进的tabGAP势，并通过物理过程导向的采样策略提升MLIP性能。
2026-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced radiation tolerance of YSZ at high temperature against swift heavy ions: key role of interplay between material microstructure and irradiation temperature
在室温和1000 K下，用80 MeV的Ag $^{6+}$离子辐照不同晶粒尺寸的YSZ颗粒，研究了晶粒尺寸/材料微观结构和辐照温度对高电子能量损失（S $_e$）辐照耐受性的影响。X射线衍射和拉曼光谱测量表明，无论照射温度，纳米晶体样品遭受更多的损害相比，散装样的样品。在1000 K下辐照的所有样品都观察到辐照损伤的减少，即辐射耐受性的改善。然而，减少的损害，是显着更高的两个纳米晶体样品相比，散装样的样品，因此，散装样和纳米晶体样品之间的损害的差异也显着低于在1000 K比在室温下。因此，发现对S $_e$的辐照损伤严重依赖于辐照温度和微晶尺寸之间的相互作用。这些结果的解释与详细的理论计算/模拟的基础上的“非弹性热尖峰”模型的帮助下，通过考虑到电子-声子耦合因子和晶格热导率（因此对所得的热尖峰）的微晶尺寸和环境（照射）温度的综合影响。我们的研究结果是至关重要的，从根本上理解的大小和温度依赖的辐射损伤对S $_e$的角度来看，也为一些应用程序，在各种辐射环境中，纳米材料正在设想使用。
2018-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Ion-matter interaction: the three dimensional version of the thermal spike model. Application to nanoparticle irradiation with swift heavy ions
在快速重离子-物质相互作用的框架下，热尖峰在近二十年来已经证明了它的价值。本文论述了由于所涉及的材料，即纳米材料，如多层系统或复合膜组成的纳米圆柱体或纳米球嵌入在矩阵中的计算的必要的细化。热峰模型的三维计算首次应用于包含嵌入在二氧化硅基质中的球形纳米颗粒的层中。在靶的每个点（x，y，z）处计算的温度分布，时间长达$10^{-10}$ s，允许对在用具有几MeV/μ m. a的能量的快速重离子照射下的颗粒形状变化的可能解释。与应用于圆柱形金纳米颗粒的前2D版本的代码进行的比较证实了当前3D版本的有效性。
2011-11-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Degradiation of $β$-Ga$_2$O$_3$ Schottky barrier diode under swift heavy ion irradiation
研究了快重离子（2096 MeV Ta离子）辐照$β$ -Ga $_2$ O $_3$肖特基势垒二极管（SBD）器件的电学特性和微结构。结果表明，$β$ $_2$ O $_3$ SBD器件辐照后，器件的导通电压Von、导通电阻Ron、理想因子n和反向漏电流密度Jr均发生了可靠性下降。此外，漂移层的载流子浓度显著降低，并且计算的载流子去除率为5*106 - 1.3*107 cm-1。在整个$β$ O $_3$基质中目视观察到由快速重离子诱导的潜在径迹。此外，晶体结构的轨道是完全非晶化。Ta离子轰击引起的潜径迹是导致载流子迁移率和载流子浓度下降的原因。最终，这些缺陷导致器件的电特性劣化。通过比较载流子去除率，$β$ $_2$ O $_3$ SBD器件比SiC和GAN器件对快重离子辐照更敏感。
2021-03-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Influence of swift heavy ion irradiation on structure and morphology of La0.25Pr0.375Ca0.375MnO3 perovskite film
本文利用 XRD 与 AFM 研究不同注量 Ag15+ 快重离子辐照对 LPCMO 外延薄膜的影响，发现其诱导面外拉伸应力、增大晶粒尺度并使分形行为消失。
2023-06-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic and atomic kinetics in solids irradiated with free-electron lasers or swift-heavy ions
本文讨论了飞秒X射线自由电子激光脉冲和快重离子辐照下固体中的瞬态过程。这两种辐射都能在极短的时间尺度内在靶中产生高度激发的电子。多余的电子能量转移到晶格中可能导致可观察到的目标修改，例如相变和损伤形成。比较讨论了自由电子激光和SHI辐照下材料激发和弛豫的瞬态动力学。在这两种情况下的电子和原子的弛豫相同的起源被证明。这些动力学的差异所引入的几何效应（μ m大小的激光光斑与nm大小的离子轨道）和初始照射（光吸收与离子碰撞）进行了分析。讨论了电子输运和电子-晶格耦合的基本机制。适当的模型和它们的局限性。本文讨论了在自由电子激光和SHI辐照下材料发生热熔化和非热熔化的可能性。
2017-02-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ultrafast modulation of the molten metal surface tension under femtosecond laser irradiation
通过双温模型分子动力学模拟，预测了飞秒激光脉冲辐照下纯金属熔体表面应力场的超快调制。高分辨率和精度的计算被用来解决超快激光诱导的各向异性弛豫的压力分量的时间尺度上的固有液体密度弛豫时间相媲美。动态表面张力的大小被发现调制急剧皮秒照射后，由于发展的纳米尺度的非流体静力学制度背后的外部原子层的液体表面。所报道的液体表面应力场和动态表面张力的新调节机制暗示了悬浮液体表面的操纵，例如超快操纵表面定向输送和图案化。
2022-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial TiOx Surface in Ferroelectric BaTiO3: Native Structure and Dynamic Patterning at the Atomic Scale
铁电氧化物的表面和界面表现出增强的功能，因此可以作为新的纳米和量子技术的平台。与研究金属氧化物表面微妙的电化学机械平衡相关的实验和理论挑战阻碍了对其结构和行为的理解和控制。在这里，我们结合先进的电子显微镜和第一原理热力学方法，揭示了种子铁电钛酸钡的表面的原子尺度的化学和晶体结构。我们表明，该表面是由一个原生的< 2纳米厚的TiOx岩盐层与钛酸钡外延注册。使用电子束照射，我们成功地图案化人工氧化钛网站与亚纳米分辨率，通过诱导钡逃逸。因此，我们的工作提供了电化学机械的铁电表面行为的见解，除了可扩展的高分辨率的光束诱导化学光刻的方法，选择性地驱动表面相变，从而功能化金属氧化物表面。
2019-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Effects of swift heavy ions irradiation parameters on optical properties of muscovite mica
在HIRFL中，用Sn、Bi、Nd等快重离子辐照了25 μm厚的白云母片。注量范围为1 $\times$ 10^{10}离子/cm ^2至8 $\times$ 10^{11}离子/cm ^2。电子能量损失（dE/dx）e从14.7keV/nm增加到31.2keV/nm。利用紫外-可见光谱分析了辐照前后云母的带隙和Urbach能.随着（dE/dx）_e的增大，由干涉现象引起的吸收光谱中长波长的周期性条纹受到干扰。这表明云母的四面体-四面体-四面体（TOT）层之间的化学键被破坏。因此，辐照后光滑表面裂开。随着（dE/dx）_e和注量的增加，带隙变窄。随着（dE/dx）_e和注量的增加，Urbach能量值逐渐增加。结果表明，随着（dE/dx）_e和辐照剂量的增加，云母中的缺陷数量和非晶结构比例增加。能量密度对云母的光学性质有着非常重要的影响。
2014-07-09 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Role of Carrier Concentration in Swift Heavy Ion Irradiation Induced Surface Modifications
采用化学喷雾热分解法制备了高导电$SnO_{2}$薄膜。将一组刚沉积的膜在空气中在850 $^{o}$ C下退火2小时。使用能量为120 MeV的$Au^{9+}$离子以范围从$1\times10^{11}$到$3\times10^{13}$ $ions/cm^{2}$的不同注量照射这些沉积和退火的膜。电性能测试表明，沉积态$SnO_{2}$薄膜处于导电状态，n = $3.164 \times 10^{20}$ $cm^{-3}$，退火态$SnO_{2}$薄膜处于绝缘状态。非晶化的潜在径迹仅在$S_{e}$的特定阈值以上产生，该阈值直接取决于自由电子浓度（n）。120 MeV $Au^{9+}$离子在$SnO_{2}$中的电子能量损失（$S_{e}$）大于退火$SnO_{2}$薄膜中潜径迹形成所需的阈值能量损失（$S_{eth}$），但小于沉积态$SnO_{2}$薄膜所需的$S_{eth}$。因此，在退火的$SnO_{2}$膜中而不是在沉积态的$SnO_{2}$膜中形成潜迹。采用热峰模型计算了熔化区的阈值能量损失和熔化区半径。结合离子的能量弛豫过程和靶的导电性，简要讨论了结构变化和表面微结构演变的可能机制。原子力显微镜（AFM）研究表明，薄膜的辐照形貌与靶材料的载流子浓度有关。
2016-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling Nanoscale Surface Damage Dynamics in Swift Heavy Ion Irradiated Gallium Nitride
School of Nuclear Science and Technology, Xi’an Jiaotong University（西安交通大学核科学与技术学院）；Academy of Chips Technology, China Electronics Technology Group Corporation（中国电子科技集团公司芯片技术研究院）；National Key Laboratory of Integrated Circuits and Microsystems（集成电路与微系统国家重点实验室）；National Key Laboratory for High Energy Pulsed Power（高能量脉冲功率国家重点实验室）
研究通过探究小丘形成原子机制揭示氮化镓纳米级表面损伤动力学，确定不同辐照下小丘形态，发现富Ga小丘伴随纳米域及与位错的关联，还表明温度影响小丘尺寸及高温下液态镓特性促进纳米通道形成。
2026-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Composition dependence of radiation induced patterns in non miscible alloys
我们提出了一种理论方法，详尽地预测各种稳态形状下出现的辐射在不稳定的二元混合物。我们表明，条纹或蜂窝状结构的控制不仅由两个经典的照射参数：照射通量和温度，但也由混合物的名义组成。因此，为文献中的结果建立了依据。此外，目前的发展导致一个简单的方法来预测照射图案，而无需求解任何演化方程。可以预见的是，这种动手方法将允许制备具有所需性能的材料，这些材料来自按需生产的亚稳态辐照微结构。
2018-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cutting and controlled modification of graphene with ion beams
使用原子计算机模拟，我们研究了如何离子辐照可以用来改变石墨烯单层的形态，通过引入特定类型的缺陷，并切割石墨烯片。基于我们的分析势分子动力学模拟的结果，一个动力学的Monte Carlo代码的开发用于模拟在宏观时间尺度下的辐照下的石墨烯单层的形态变化。研究了He、Ne、Ar、Kr、Xe和Ga等离子体在入射角0 \circ ~ 88 \circ范围内的碰撞效应。我们的研究结果提供了微观的洞察石墨烯离子辐照的响应，并可以直接用于优化石墨烯切割和图案与聚焦离子束。
2011-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Comment on "Combined experimental and computational study of the recrystallization process induced by electronic interactions of swift heavy ions with silicon carbide crystals"
Debelle等人最近的一篇论文[Phys.Rev.B86，100102（R）（2012）]报道了快速重离子在预损伤碳化硅晶体中诱导的重结晶过程的实验和计算研究。在这项研究中，作者试图通过分子动力学模拟模拟低能离子辐照SiC引起的损伤产生和随后的快速重离子辐照产生的再结晶效应。在这里，我们表明，由作者进行的模拟是远远不现实的，不能重现，甚至定性，实验结果。事实上，在他们的损伤产生的模拟中，非晶化是在每个靶原子的沉积能量（$\sim$ 5.4 eV/atom）的量下达到的，该量比在先前的实验和计算研究中发现的少近5倍，而对于再结晶过程的模拟，每个入射离子的再结晶速率比实验值高约40倍。由于这些极其巨大的差异，这些分子动力学计算是完全错误的，作者不能声称他们发现了“实验和模拟之间非常好的一致性”，以及“回收过程明确地被热尖峰现象所解释”。此外，没有提到最近由一些作者发表的非常相似的实验研究，但对于完全非晶SiC的情况，结果却完全不同。
2014-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Swift Heavy Ion Induced Modification Studies of C60 Thin Films
研究了Si和石英衬底上C60薄膜样品在不同注量下经110 MeV Ni离子辐照后的改性。使用拉曼光谱，电导率和光学吸收光谱的原始和辐照样品进行了研究。拉曼数据和带隙测量表明，在低能量密度下的快速离子导致涉及多个分子单元如二聚体或聚合物的形成。高通量照射导致亚分子的形成和无定形半导体碳，表明富勒烯分子的整体损伤。这些亚分子单元已被鉴定为具有纳米晶金刚石和纳米晶石墨样结构。
2002-07-25 cond-mat.mtrl-sci
The influence of Ga$^+$-irradiation on the transport properties of mesoscopic conducting thin films
研究了聚焦离子束（FIB）器件中常用的30 $^+$ -离子对石墨薄片、$_{0.7}$-$_{0.3}$ $_3$和Co薄膜输运性质的影响。在辐照过程中原位测量电阻的变化，以及辐照前后的温度和磁场依赖性。我们的研究结果表明，这些材料的输运性质强烈改变在Ga $^+$通量远低于那些用于图案化和离子束诱导沉积（IBID），严重限制了FIB的使用时，感兴趣的材料的固有特性是重要的。我们提出了一种方法，可用于保护样品，以及产生选择性辐射诱导的变化。
2010-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of the implantation of low energy boron and nitrogen ions into graphene
结合经典的分子动力学模拟和密度泛函理论总能量计算，研究了低能离子辐照下B/N原子掺杂石墨烯的可能性。我们的模拟表明，最佳的辐照能量为50 eV，N的取代概率为55%，B的取代概率为40%。我们进一步估计了在B/N离子辐照下出现不同缺陷组态的概率。我们分析了负责缺陷生产的过程，并报告了一个有效的快速的化学溅射机制，N照射在低能量（~125 eV），导致生产的单空位。我们的研究结果表明，离子辐照是一种很有前途的方法，用于创建混合C-B/N结构的未来应用领域的纳米电子学。
2011-02-03 cond-mat.mtrl-sci
SHIPS: A new setup for the investigation of swift heavy ion induced particle emission and surface modifications
用动能> 10 MeV的快离子照射导致沿其轨迹沉积大量能量（高达几十keV/nm）。能量主要转移到电子子系统，并诱导不同的次级激发过程，导致显着的材料改性。本文将描述一种研究这些离子对表面诱导效应的新装置。该装置结合了一个可变的照射室与不同的表面表征技术，如扫描探针显微镜，飞行时间二次离子和中性质谱，以及在超高真空条件下的低能电子衍射，并安装在光束线的通用直线加速器（UNILAC）的GSI设施在德国达姆施塔特。在这里，样品可以用总动能高达几个GeV的高能离子在不同的入射角下照射。我们的设备能够制备和原位分析从金属到绝缘体的不同类型的样品系统。飞行时间二次离子质谱使我们能够研究表面的化学成分，而扫描探针显微镜允许详细查看样品表面的局部电气和形态条件，直至原子尺度。与新的设置粒子发射在照射过程中，以及照射后的表面的持久性修改，从而可以研究。我们提出的第一个数据获得的新的设置，包括一个新的测量协议的飞行时间质谱与GSI UNILAC加速器。
2015-08-05 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Ion Irradiation of Nanocrystalline Graphene on Quartz and Sapphire
研究了Ga+离子辐照和高温退火对石英和蓝宝石衬底上直接生长纳米石墨烯的影响。它示出，纳米晶石墨烯站在相当高剂量的离子辐照（高达3e 14 cm-2的5至50 keV的Ga+离子），而不降低电导。在较高剂量下，纳米晶石墨烯迅速失去其电导，并且在超过2 e15 cm-2的剂量下变得实际上绝缘。在真空中退火恢复被照射的纳米晶石墨烯的电导，并且如果照射没有超过3e 15 cm-2的剂量，则该恢复可以完成。在接近1 e16 cm-2的高剂量下的离子辐照导致几层石墨烯的完全离子溅射。除了辐照诱导的电导降低和温度诱导的电导恢复之外，离子辐照的另外两个效应是增强石墨烯与衬底的粘附性和增加衬底的成核能力以用于直接沉积石墨烯。对于50 keV的Ga+离子，在超过2 e14 cm-2的辐照剂量下观察到粘附的增强。在宽剂量范围内观察到促进的石墨烯成核。结果表明，上述效应可用于开发石墨烯在绝缘衬底上的图案化方法和石墨烯的压印光刻方法。
2015-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Manipulation of the graphene surface potential by ion irradiation
我们表明，剥离的单层石墨烯的功函数可以修改快速（E_{kin} =92 MeV）的重离子的入射掠射角下的照射。在离子冲击时，在SiC上的石墨烯中产生单独的表面轨迹。由于在这个能量范围内，离子的能量沉积非常局部化，因此结构改变的表面积被限制在每个径迹约0.01 mum^2。开尔文探针力显微镜显示，这些表面轨道由电子改性材料组成，并且几个轨道足以使整个单层薄片的表面电位偏移~ 400 meV。因此，照射将最初的n掺杂石墨烯转变为具有8.5 × 10^{12}个孔/cm ^2的孔密度的p掺杂石墨烯。这种掺杂效应甚至在将辐照样品加热到500°C之后仍然存在。因此，这种电荷转移不是由于吸附物，而是必须归因于注入的原子。本文提出的方法为有效控制石墨烯的载流子浓度开辟了一条新途径。
2013-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Control of magnetoelastic coupling in Ni/Fe multilayers using He$^+$ ion irradiation
本研究报告的影响后生长的He $^+$照射的磁弹性性能的$Ni$ / $Fe$多层堆叠。由He $^+$照射在多层膜的界面处引起的渐进混合允许我们随着He $^+$注量的增加来调整饱和磁致伸缩值，甚至诱导磁致伸缩效应的符号的反转。此外，临界通量的磁致伸缩的绝对值显着减少被确定。因此，几乎达到了对磁叠层的应变的不敏感性，如许多应用所要求的。上述效应是由于溅射Ni、Fe层的负饱和磁致伸缩效应和Ni-$_{x}$-Fe $_{1-x}$合金的正磁致伸缩效应共同作用的结果。重要的是，照射不会改变层的多晶结构，证实生长后He $^+$离子照射是调节磁性样品的磁弹性性质的极好工具。可以设想一类新的自旋电子器件，其材料处理能够通过离子诱导的“磁性图案化”任意改变磁致伸缩。
2022-07-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Substrate-dependent pore formation in molybdenum disulfide monolayers under ion irradiation
Faculty of Physics, University Vienna（维也纳大学物理学院）；CIMAP-GANIL, CEA-CNRS-ENSICAEN-UCN
研究通过离子辐照不同基底上的单层MoS₂，发现基底类型显著影响孔形成效率和尺寸，SiO₂基底产生最大孔，而金基底抑制孔形成。
2026-03-25 cond-mat.mtrl-sci
In-situ Raman study of laser-induced graphene oxidation
本文利用原位拉曼光谱研究单层石墨烯的激光诱导氧化，揭示其分为热致拉伸应变和氧结合p型掺杂两个阶段，并证明可通过光学方法实现亚微米图案化。
2015-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Nanostructuring Graphene by Dense Electronic Excitation
制造定制石墨烯纳米结构的能力是充分利用其巨大技术潜力的关键因素。我们研究了快速重离子诱导折叠在石墨烯中产生的纳米结构。对于我们的实验，单层的石墨烯剥离各种基板和独立的石墨烯已被照射和原子力和高分辨率透射电子显微镜以及拉曼光谱分析。我们表明，密集的电子激发后的穿越离子产生特征的纳米结构，其中每一个可以通过选择适当的照射条件制造。这些纳米结构包括独特的形态，例如具有给定手性的封闭双层边缘或支撑的以及独立的石墨烯内的纳米孔。纳米孔的长度和取向以及因此相关联的闭合双层边缘的长度和取向可以简单地通过入射离子束的方向来控制。在独立式石墨烯中，快速重离子辐照诱导极小的开口，从而提供了以受控方式包覆石墨烯膜的可能性。
2015-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Engineered creation of periodic giant, non-uniform strains in MoS2 monolayers
在二维晶体中实现有序应变场在许多方面都是一个有趣的前景，包括恢复新的输运机制和实现增强的器件性能。在这项工作中，我们证明了原子级薄二硫化钼（MoS2）的微米区域的可能性，以所需的顺序巨大的应变。机械变形的二硫化钼膜可以通过质子辐照散装薄片，导致形成的单层圆顶含有加压氢。通过预图案化的薄片通过沉积的聚合物掩模和电子束光刻，我们表明，它不仅可以控制圆顶的大小和位置，而且还可以创建一个机械约束。原子力显微镜的测量结果表明，这种约束显着改变形态的圆顶，否则受普遍的标度律。在优化辐照和图案化工艺后，产生了前所未有的大应变梯度的周期性配置（通过数值模拟估计），其中最高应变接近断裂临界值（> 10%）。拉曼实验证实了这种高应变的产生。这里提出的方法代表了一个重要的一步，应变工程的二维晶体。
2020-02-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Anisotropic Core-Shell Swift Heavy Ion Tracks in beta-Ga2O3
School of Nuclear Science and Technology, Xi’an Jiaotong University（西安交通大学核科学与技术学院）；Materials Science and Environmental Engineering Unit, Tampere University（坦佩雷大学材料科学与环境工程单元）；Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院近代物理研究所）；Department of Nuclear Physics, China Institute of Atomic Energy（中国原子能科学研究院核物理系）；Department of Physics and Helsinki Institute of Physics, University of Helsinki（赫尔辛基大学物理系与赫尔辛基物理研究所）；The Hong Kong Microelectronics Research and（香港微电子研究）
本研究通过多尺度原子模拟，揭示了β-Ga2O3中快重离子辐照诱导的核壳结构径迹形成机制及各向异性恢复动力学。
2026-06-02 cond-mat.mtrl-sci
On the threshold of ion track formation in CaF2
关于CaF 2中快速重离子径迹形成的机制一直存在争议。本研究的目的是阐明这一重要课题，使用一系列免费的实验技术。离子轨道形成的阈值低于3千电子伏/纳米的证据是由透射电子显微镜和卢瑟福背散射光谱的通道模式，其具有直接后果的模型描述的CaF 2的快速重离子辐照的响应的有效性提供。TEM和RBS/C分析的进展为更好地理解离子径迹的形成铺平了道路。
2016-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio calculation of electronic stopping power along glancing swift heavy ion tracks in perovskites
在最近的实验中，在掠射入射下用快速重离子照射钙钛矿型绝缘体已被证明提供了一种独特的方法来在表面产生周期性排列的纳米点。这些图案的物理起源已被认为是源于本体内的高度各向异性的电子密度分布。为了显示目标的电子密度分布的相关性，我们提出了一个模型计算的系统的半导体$^{+23}$ $\to$ SrTiO $_{3}$是已知的产生上述表面改性。在Lindhard电子阻止模型的基础上，我们采用高分辨的\emph{ab-initio}电子密度数据来描述动能沿离子径迹向激发能的转化。初级粒子动力学是通过积分牛顿运动方程得到的，该运动方程由源于林哈德停止的空间和时间相关的摩擦力控制。沿离子轨道的局部电子阻止本领的分析揭示了一个明显的周期性结构。周期性长度强烈变化的特定选择的极角的入射，并直接相关的实验观察到的周期性纳米点在绝缘体表面的形成。
2008-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Observation of a Universal Aggregation Mechanism and a Possible Phase Transition in Au Sputtered by Swift Heavy Ions
在快重离子辐照下，从嵌入的Au纳米颗粒溅射出的Au团簇中发现了两个表征$n$原子簇尺寸分布的指数，即$Y(n)\sim n^{-δ}$.对于尺寸小于12.5 nm的小团簇，发现$δ$为3/2，这可以合理化为从具有尺寸无关聚集的稳态聚集过程发生。对于较大的集群，$δ$的值为7/2，这可能来自一个动态过渡到另一个稳定状态，聚集和蒸发速率是大小依赖。在目前的情况下，所观察到的衰变指数不支持发生热力学液-气类型相变的任何可能性，导致团簇形成。
2009-10-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Assessing thermal spike model of swift heavy ion-matter interaction via Pd$_{1-x}$Ni$_x$/Si interface mixing
热锋模型是目前被广泛接受的快重离子与物质相互作用机制。它提供了解释各种SHI诱导的效果，包括跨界面混合。该模型包括电子-声子（e-p）耦合预测晶格温度随时间的演变。SHI混合被认为是瞬态熔融状态下扩散的结果。在这项工作中，我们评估这一概念主要是通过调整电子-p耦合强度采取一系列的Pd $_{1-x}$ Ni $_x$的完全固溶的二元，然后观察100 MeV的Au离子诱导混合整个Pd $_{1-x}$ Ni $_x$ /Si接口。混合的程度已被参数化的辐照引起的变化$Δσ^2$的Pd和Ni的深度分布的方差来自X-射线光电子能谱学。$Δσ^2$的$x$依赖性遵循一条向上凹且具有显著最小值的曲线。从理论上讲，用密度泛函理论确定的e-p耦合强度已被用于求解适合于TSM的方程，然后计算出与$Δσ^2$成比例的等效量L $^2$。然而，L $^2$随$x$单调增加，没有任何最小值，从而在实验和理论之间产生令人信服的差异。可能有比TSM和瞬时熔融态扩散更重要的机制在起作用，这在此时是无法预见的。
2018-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Effect of stimulated radiation processes on formation of tracks and nanocavities in solids
结果表明，快重离子在金属中产生径迹的平均直径取决于基元共振器的尺寸。最后介绍了热辐射理论对受激辐射过程的解释。由于逆密度梯度，由电子激发产生的辐射被锁定在所形成的径迹区域中。类似的效应也适用于离子辐照过程中半导体中纳米腔的形成过程。
2004-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Micro-Structuring, Ablation and Defect Generation in Graphene with Femtosecond Pulses
飞秒微加工提供了一种无接触和无掩模的材料图案化技术。利用超快激光照射，可以通过材料烧蚀或缺陷引入来诱导对单层石墨烯的性质的永久修改。研究了多个飞秒脉冲与单层石墨烯的相互作用，并报道了15秒照射时间的低激光烧蚀阈值~9.2 mJ/cm 2。清洁烧蚀的结构产生在这样的多脉冲照射配置在低脉冲能量作为一个有吸引力的替代烧蚀与单飞秒，高能量脉冲。对于完全烧蚀的石墨烯孔，从烧蚀边缘延伸约2 μ m的径向对称区域的特征在于强缺陷生成。点缺陷之间的平均距离下降到~58 nm的推导和拉曼光谱意味着，总体上有很强的相似性，无定形结构。对于约75%的烧蚀阈值的注量值，报告了具有低至~48 nm平均缺陷长度的缺陷产生的改性，同时保持底层石墨烯结构。因此，取决于激光器参数选择，相同的激光器配置可用于烧蚀石墨烯或主要引入缺陷态。所提出的研究结果为飞秒诱导的石墨烯结构修饰提供了有趣的见解，这些结构修饰可以在微米和纳米尺度上提高单层材料的精确烧蚀和图案化。此外，这对于石墨烯或基于碳的器件制造以及传感器和晶体管应用是有吸引力的，其中需要不同载流子浓度和不同电、光学或物理性质的区域。
2019-03-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Instability types at ion-assisted alloy deposition: from two-dimensional to three-dimensional nanopattern growth
薄膜生长过程中的离子辐照对薄膜的结构特性有很大的影响。采用线性稳定性分析研究了离子辅助生长二元合金过程中的表面不稳定性。曲率依赖的离子驱动和沉积驱动的不稳定性之间的相互作用进行了研究。我们证明，离子辐照生长二元合金导致成分调制的表面图案的形成。结果表明，离子-原子到达比R是图形控制参数。接近的不稳定阈值，我们确定不同的制度的不稳定性驱动的离子或沉积引起的表面粗糙度的过程，或粗糙度组合物的反馈相互作用。特别是，曲率相关的位移和沉积耦合到优先溅射或优先扩散率的协同效应被发现诱导不稳定性和斑图形成。根据薄膜生长和离子辐照条件，不稳定性表现出平稳或振荡行为。后者专门与离子辐照有关。相应的相图中提出的实验参数。这显示了控制表面图案化和生长三维横向或垂直有序纳米结构的替代方式。
2012-07-06 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS physics.data-an
Direct formation of nitrogen-vacancy centers in nitrogen doped diamond along the trajectories of swift heavy ions
本文报道了用深度分辨光致发光法测量了在生长过程中掺氮100 ppm的Ib型合成单晶金刚石中沿快重离子（SHIs）径迹形成的氮空位（NV $^-$）中心。光谱分析表明，NV $^-$中心优先形成的区域内，其中电子停止过程占主导地位，而不是在离子范围的末端，其中弹性碰撞导致形成的空位和缺陷。热退火进一步增加NV收益率照射后，优先在高空位密度的区域与SHI。沿着单个快速重离子的轨道形成的NV中心可以用提升技术分离，用于在准一维寄存器中探索色心量子位，其平均量子位间距为几纳米，沿着10至30微米长的渗滤链每微米约100个色心。
2021-03-01 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph quant-ph
Enhancing the Plasmonic Hotspot Density via Structural Engineering of Multi-layered MoO3-Ag-Au Systems Under Extreme Electronic Excitation Conditions for Ultra-Sensitive SERS Applications
Nanostech Laboratory, Department of Physics, Indian Institute of Technology Delhi（印度德里理工学院物理系纳米技术实验室）；Department of Neutron and Ion Methods, Nuclear Physics Institute of Czech Academy of Sciences（捷克科学院核物理研究所中子与离子方法部）；Department of Physics, PSG Institute of Technology and Applied Research（PSG应用技术研究学院物理系）；Department of Nanoscience and Technology, PSG Institute of Advanced Studies（PSG高等研究院纳米科学与技术系）；Department of Physics, Deendayal Upadhyaya Gorakhpur University（戈拉克浦尔迪恩达拉尔·乌帕迪亚亚大学物理系）
本文通过快重离子辐照工程化处理MoO3-Ag-Au多层等离激元基底，诱导金属薄膜去润湿形成纳米颗粒并产生晶格缺陷，显著增强了SERS拉曼强度，实现了超灵敏检测。
2025-10-13 cond-mat.mtrl-sci
