Ultra-Slow Dynamic Annealing of Neutron-induced Defects in n-type Silicon: Role of Charge Carriers
用等注量（1 $\times$ 10 $^{10}$ cm $^{-2}$）和不同注量（$2.5\times$ 10 $^5$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$至$1\times$ 10 $^7$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$）的中子轰击三种以n型硅为有源区的双极器件。基电流和输入偏置电流的测量值的增加被发现随中子通量的增加而减少，这意味着n型硅中双空位缺陷的动态退火的强度遵循正的通量依赖性。这种通量依赖性与使用质子的离子注入中观察到的通量依赖性相同，但是在我们的实验中明显的通量灵敏度比质子轰击的通量灵敏度低4个数量级，尽管两种粒子的质量和能量相似。质子轰击中大量的载流子的存在，提高了Si材料的扩散速度和缺陷团簇的解离速率，加速了缺陷的动态退火，从而导致了质子轰击过程中的通量范围的巨大差异。我们的工作将有助于理解硅中的缺陷退火过程。
2020-09-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.space-ph
Hybrid mean field and real space model for vacancy diffusion-mediated annealing of radiation defects
在聚变或先进的裂变反应堆中，高能中子会在结构部件材料中诱导形成扩展的缺陷团簇，从而随着时间的推移降低其性能。这种损伤可以通过热退火处理部分恢复。因此，对于聚变和先进裂变核能系统的设计和运行，估计和预测任意结构缺陷团簇的退火时间尺度是至关重要的。在我们以前的论文[I。Rovelli，S. L. Dudarev和A. P. Sutton，J. Mech.Phys.Solids 103，121（2017）]，我们扩展了Gu，Xiang等人[Y. Gu，Y. Xiang，S. S. Quek和D. J.Srolovitz，J.Mech.Phys.Solids 83，319（2015）]中的方法来计算弯曲位错的爬升，以包括空穴和空位簇的蒸发和生长，并考虑自由表面的影响。在这项工作中，我们进一步发展这个模型，包括辐射缺陷的影响，低于实验检测限，通过平均场的方法，再加上一个明确的治疗离散缺陷集群分布在真实空间中的演变。我们发现，随机分布的小缺陷屏幕扩散较大的离散集群之间的相互作用。耦合系统的演化自洽建模。我们还模拟了缺陷在无限横向延伸的薄膜的演变，使用Ewald求和屏蔽Yukawa型扩散传播。
2018-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Gallium vacancy and the residual acceptor in undoped GaSb studied by positron lifetime spectroscopy and photoluminescence
对未掺杂的p型锑化镓材料进行了正电子寿命、光致发光和霍尔测量。在正电子寿命测量中发现了一个314 ps的寿命分量，归因于与$V_{Ga}$相关的缺陷。在PL测量中，观察到$778meV$和$797meV$峰。在$300^{o}C$温度下，314 ps正电子寿命分量和两个光致发光信号均消失，这为它们之间的相关性提供了有力的证据。然而，观察到空穴浓度（$\sim 2\times 10^{17}cm^{-3}$）在直至$500^{o}C$的整个退火温度范围内是恒定的。与一般的信念相反，这意味着，至少对于退火温度高于$300^{o}C$的样品，Ga空位不是负责p型导电的受主。
2002-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Vertical distribution of nitrogen-vacancy centers in diamond formed by ion implantation and annealing
进行蚀刻实验，其揭示通过离子注入和退火在靠近表面处产生的金刚石中的光学活性氮空位（NV）中心的垂直分布。的NV分布强烈地依赖于原生氮浓度，和中性和带负电荷的NV峰的光谱测量提供证据，在较低的氮材料中的电子耗尽效应。这些结果对于潜在的量子信息和磁力计设备是重要的，其中NV中心必须被创建在非常接近于用于耦合到光学结构的表面处。
2009-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
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
Effects of low energy electron irradiation on formation of nitrogen-vacancy centers in single-crystal diamond
在扫描电子显微镜中暴露于低能电子束（2至30 keV）局部诱导NV中心的形成，而无需在已注入氮离子的金刚石中进行热退火。我们发现，非热，电子束诱导的NV-形成的效率比热退火低约四倍。但是与单独的热退火相比，在暴露于低能电子之后的连续热退火步骤（800 C）中的NV中心形成增加了高达1.8倍。这些观察点重建的氮空位复合物诱导的电子激发从低能量电子作为NV-中心形成机制，并确定本地电子激发作为空间控制的室温NV-中心形成的手段。
2012-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh nitrogen-vacancy center concentration in diamond
使用电子和中子照射并随后以逐步方式进行热退火，在含有约100 ppm氮的金刚石单晶中产生高浓度的带负电荷的氮空位（$\text{NV}^{-}$）中心。用连续波电子顺磁共振（EPR）测定了各步反应中N原子向$\text{NV}^{-}$中心的转化率，最高可达17.5%.电子辐照后形成的电荷空位所示的EPR谱，但热退火恢复样品的质量作为缺陷信号减弱。我们发现在退火过程中约有25%的空位形成了NVs.大的$\text{NV}^{-}$浓度允许观察取向依赖的自旋弛豫时间，并且还允许使用电子自旋回波（ESE）和电子-核双共振（ENDOR）以高精度确定超精细和四极耦合常数。我们还观察到EPR信号与所谓的W16中心，其光谱特性可能意味着氮二聚体空位中心的起源。
2021-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Conversion pathways of primary defects by annealing in proton-irradiated n-type 4H-SiC
利用深能级瞬态谱和光致发光谱研究了n型4 H-SiC在质子辐照和退火后的缺陷布居的发展。提出了一个全面的模型来描述在低于1000°C的退火过程中辐照诱导的点缺陷的演化和相互转换。该模型提出的EH 4和EH 5陷阱经常发现DLTS起源于（+/0）属于不同配置的碳反位碳空位（CAV）复合物的电荷跃迁水平。此外，我们表明，硅空位（VSi）和CAV之间的转换通道被有效地阻止在n型条件下，但变得可用在样品中的费米能级已移动到带隙的中心，由于辐射诱导的施主补偿。在高达400°C的温度下，VSi和碳空位（VC）的退火被示出为由与残余自激体的复合主导。到更高的温度，CAV对密度的衰减的报告，这是密切相关的VC浓度的重新增加。对这个过程的一个可以想象的解释是CAV对分解成单独的碳反型体和VC缺陷。最后，所提出的数据支持的索赔，即在辐照SiC中的自由载流子的去除是由于引入补偿缺陷，而不是钝化的浅氮施主。
2020-07-08 cond-mat.mtrl-sci
High yield creation of germanium vacancy centers in diamond by focused ion beam implantation and high temperature annealing
Center for Integrated Quantum Science and Technology (IQST)（集成量子科学与技术中心）
本文通过聚焦离子束注入和高温退火，在金刚石中高效局域创建锗空位中心，实现深度5.5-30 nm内单中心创建，形成产率最高达33%。
2026-06-26 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
An upper limit on the lateral vacancy diffusion length in diamond
离子注入被广泛用于改变材料的结构、电学和光学性质。通过适当的掩模，这种技术可以用来定义纳米和微米结构。然而，根据所使用的掩模的类型，实验已经表明，可以推断出与空位相关的衬底修改距离用于限定注入区的掩模的边缘数十微米。这可能是由于在退火过程中从注入区域的空位的快速扩散，或者是由于与掩模边缘周围的离子散射相关的几何效应。对于量子和单原子器件，杂散离子损伤可能是有害的，必须最小化。为了轮廓的分布的重结晶引起的损伤，我们已经使用氮空位色心作为一个敏感的标记的空位浓度和分布后MeV的He离子注入到金刚石和退火。结果表明，氦原子注入通过掩模夹在金刚石表面的散射掩模下的距离在几十微米的范围内从掩模边缘。通过光刻定义和沉积的掩模注入，掩模和衬底之间没有间隔，显着减少散射<5 μ m，但不消除它。这些散射距离远大于理论估计的空位扩散距离260 nm在类似的条件下。本文表明，扩散，退火时，由离子注入金刚石中产生的空位是有限的，从掩模的边缘几十微米的空位的外观是由于散射效应。
2016-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen-vacancy centre formation via local femto-second laser annealing of diamond
本研究利用飞秒激光局部退火掺氮金刚石，结合光致发光与光探测磁共振表征脉冲能量、预存缺陷及停留时间的影响，发现激光可主要扩散而非产生空位，为定制NV中心提供新手段。
2025-07-24 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Observation of vacancy-related polaron states at the surface of anatase and rutile TiO2 by high-resolution photoelectron spectroscopy
在可还原氧化物的表面区域中的缺陷，如TiO 2，对应用具有深远的影响，而它们的性质非常受小极化子形成的可能性的影响。在这里，我们探测金红石（110）和金红石（101）单晶通过高分辨率紫外光电子能谱学和解决多个组件的带隙中的众所周知的缺陷状态。在金红石中，我们发现两个在VBM+2.1 eV和VBM+1.4 eV，我们分配到次表面极化子陷阱和空位束缚态，分别确认预测的部分抑制极化子形成在高空位浓度。新的缺陷是由同步加速器光束原位创建的表面上。我们分配一个组件在VBM+2.3 eV，可以通过退火去除，极化子状态与表面氧空位。我们还确定了第二个组件在VBM+1.6 eV，这不能通过退火去除，是太深，与氧空位。
2014-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Spin properties of dense near-surface ensembles of nitrogen-vacancy centres in diamond
本文研究了氮离子注入金刚石近表面氮空位（NV）中心形成的致密层的自旋性质。光学检测的磁共振对比度和线宽，自旋相干时间，和自旋弛豫时间，测量作为注入能量，剂量，退火温度和表面处理的函数。为了跟踪存在的损伤和表面相关的自旋缺陷，我们进行原位电子自旋共振光谱通过双电子-电子共振和交叉弛豫光谱的NV中心。我们发现，对于能量（$4-30$ ~keV）和剂量（$5\times10^{11}-10^{13}$ ~ions/cm $^2$）的范围内考虑，NV的自旋性质主要是由剂量通过残留的重结晶诱导的顺磁缺陷，但由此产生的磁灵敏度基本上是独立的剂量和能量。然后，我们表明，磁灵敏度显着改善高温退火在$\geq1100^\circ$ C。此外，除了自旋弛豫时间，这是显着减少的自旋性质没有显着影响氧退火。最后，通过核磁共振测量确定平均NV深度，在4-6 keV注入能量下给出$\approx10$ ~ 17 nm。这项研究揭示了为高灵敏度传感和成像应用创造近表面NV中心密集层的最佳条件。
2018-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion and clustering of substitutional Mn in (Ga,Mn)As
采用多尺度方法研究了（Ga，Mn）As单晶生长过程中Ga空位介导的微结构演化。的Ga空位和替代Mn的迁移势垒连同它们的相互作用的第一性原理计算，并在温度范围从200至350 $^\circ$ C的时间演化研究使用晶格动力学蒙特卡罗模拟。结果表明，在典型的生长温度和退火温度下，（i）镓空位为置换Mn提供了扩散机制，（ii）在10- 20 h内，空位介导的Mn扩散促进了置换团簇的形成。聚集降低居里温度（$T_C$），因此Mn聚集与快速间隙Mn扩散相结合解释了实验观察到的$T_C$的双重退火行为。
2006-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy clusters at domain boundaries and band bending at the SrTiO$_3$(110) surface
利用扫描隧道显微镜、X射线光电子能谱和密度泛函理论（DFT）计算研究了SrTiO $_3$（110）表面（$n \times 1$）（$n=4,5$）重构中的反相畴界.两种类型的APDB形成的每一个重建，它们由Ti $_x$ O $_y$空缺集群与特定的化学计量。这些团簇的存在由退火期间的氧压控制。用密度泛函理论对空位团簇的结构模型进行了解析，结果表明空位团簇的相对稳定性取决于氧的化学势。表面能带弯曲可以通过控制畴界处的空位团来调节。
2018-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Statistical investigations on nitrogen-vacancy center creation
实验表明，浅氮极化（<10 keV）导致带负电荷的氮空位中心（NV-）产率为0.01- 0.1%。在碳基体中引入NV中心的最成功的技术是离子注入，然后在1100 K下退火。利用分子动力学（MD）和蒙特卡罗（MC）方法研究了浅注入过程中沟道效应和统计扩散的影响。用密度泛函理论计算了扩散过程的能垒。我们的模拟结果表明，与实验相比，NV产率有显着差异。据统计，25%的注入氮在退火后形成NV中心。
2013-09-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
KTaO3(001) Preparation Methods in Vacuum: Effects on Surface Stoichiometry, Crystallography, and in-gap States
本文系统评估了真空下KTaO3(001)单晶表面典型制备方法（如退火、Ar+离子溅射轰击等）对表面化学计量比、晶体结构及带隙态的影响，并利用多种表面分析技术详细讨论了各方法的优缺点。
2025-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Conversion of neutral nitrogen-vacancy centers to negatively-charged nitrogen-vacancy centers through selective oxidation
中性氮空位中心带负电荷的氮空位中心的转换被证明是由离子注入和退火在高纯金刚石中心。当表面暴露于465 C的氧气气氛时发生转化。电荷转换中心的光谱特性进行了研究。接近金刚石表面的氮空位中心的电荷状态控制是将这些中心集成到用于量子信息和磁传感应用的设备中的重要一步。
2010-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Anomalous Formation of Irradiation Induced Nitrogen-Vacancy Centers in 5-Nanometer-Sized Detonation Nanodiamonds
含负电荷氮空位（NV $^-$）中心的纳米金刚石是一种多用途的室温量子传感器，在日益增长的研究领域中。然而，关于非常小的颗粒中NV形成机制的知识仍然有限。这项研究的重点是形成最小的NV $^-$ -含有金刚石，5纳米爆轰纳米金刚石（DND）。作为量化纳米金刚石中NV $^-$中心的可靠方法，记录电子顺磁共振（EPR）光谱中的半场信号。通过将NV $^-$浓度与来自高压高温（HPHT）合成（10 - 100 nm）的一系列纳米金刚石进行比较，表明5 nm DND中的形成过程在几个方面是独特的。DND中的NV $^-$中心在电子照射阶段已经形成，而不需要高温退火。解释的效果是在“自退火”，其中的大小和类型相关的影响，使空位迁移接近室温。尽管我们的实验表明NV $^-$浓度通常随颗粒尺寸而增加，但值得注意的是，5 nm DND中的NV $^-$浓度超过20 nm尺寸的纳米金刚石。使用蒙特卡罗模拟，我们表明，十倍更高的替代氮浓度的DND补偿空位损失引起的相对较大的颗粒表面。在$1.5 \times 10 ^{19}$ e $^-$ /cm $^2$的能量密度下进行电子辐照后，DND显示NV $^-$浓度增加12.5倍，没有饱和迹象。这些发现对于在NV纳米金刚石之外的其他非常小的半导体纳米颗粒中产生缺陷作为量子传感器可能是有意义的。
2021-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale graphitization and defect evolution in silicon-vacancy center-containing nanodiamonds under high-pressure high-temperature annealing
Chimie ParisTech, UMR CNRS 8247, PSL Research University（巴黎化学研究院）；Synchrotron SOLEIL（索雷尔同步辐射中心）；University of Ottawa（渥太华大学）
该研究通过原位同步辐射X射线衍射确定了含SiV色心的纳米金刚石高温高压退火的石墨化阈值，建立了规避石墨化的工艺窗口，改善了其光学响应以用于量子技术。
2026-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Spectral emission dependence of tin-vacancy centers in diamond from thermal processing and chemical functionalization
我们报告了一个系统的光致发光（PL）的光谱发射特性的研究在离子注入和退火后，在金刚石中制造的个别光学缺陷。在620 nm、631 nm和647 nm处的三条谱线被识别并归因于SnV中心，这是由于它们出现在非常相同的单光子发射缺陷的PL光谱中。我们表明，这三个光谱特征的相对发生率可以通过氧化热退火后的样品表面进行修改。最后，我们报告了每一类单个发射体的相关发射性质，包括激发态发射寿命和发射强度饱和参数。
2021-06-14 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
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
A Search for Defect Related Ferromagnetism in SrTiO$_3$
在从各种供应商购买的商业SrTiO $_3$衬底中观察到室温铁磁滞后。结果表明，铁磁信号来自未抛光的表面。在未抛光的表面上不能使用X射线衍射或能量色散X射线光谱检测表面杂质相。然而，表面无序（x射线衍射峰线宽）和铁磁性之间的可能的相关性进行了观察。Ar离子轰击（10 keV-90 keV）可产生表面层无序，但未发现诱导铁磁性。发现在600至1100 $^\circ$ C的温度范围内退火的衬底根据退火是否在空气中或在真空中进行而不同地改变滞后曲线。相同的退火行为观察到，如果基板是人工掺入铁。这表明，所购买的SrTiO $_3$的铁磁滞后可能是由于未抛光表面的Fe污染。此外，它表明，没有铁磁性观察到的样品中含有$10^{19}-10^{21}$ cm $^{-3}$的氧空位，如果所有的面被抛光。
2010-08-02 cond-mat.mtrl-sci
SrTiO$_3$ termination control: A method to tailor the oxygen exchange kinetics
我们提供的见解，在还原性气体环境中退火过程中的钙钛矿模型材料SrTiO 3的表面终止对氧空位掺入的影响。我们提出了一种新的方法来控制定制的氧空位的形成，通过控制终止。我们证明了一个SrO-终止可以抑制整个（100）-表面的氧空位的掺入，并将其应用于控制它们在薄膜生长过程中的掺入。利用LaAlO 3和SrTiO 3之间的导电界面，我们可以通过在界面处的SrO终止水平来定制基于氧空位的电导率贡献。
2019-07-13 cond-mat.mtrl-sci
200 keV energy electron irradiation of single crystal diamond: Quantification of vacancy and nitrogen-vacancy production
本文定量研究了200 keV电子辐照单晶金刚石产生的空位深度分布，发现NV中心产生并非氮限制，空位过剩时NV会转化为NV2缺陷。
2025-09-08 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
New insight into quantifying vacancy distribution in self-ion irradiated tungsten: a combined experimental and computational study
本文提出基于正电子湮灭谱学结合密度泛函理论与模拟退火算法的新方法，定量提取钨中自离子辐照诱导的空位团簇浓度分布，揭示了高温辐照下透射电镜不可见的高浓度小空位团簇，并证实需引入氧-空位复合体以准确复现实验数据。
2024-11-20 cond-mat.mtrl-sci
A window into NV center kinetics via repeated annealing and spatial tracking of thousands of individual NV centers
金刚石中氮空位中心形成动力学的知识对于基于该缺陷的工程传感器和量子信息器件是至关重要的。在这里，我们利用单一NV中心的纵向跟踪，以阐明NV缺陷动力学在高温退火过程中从800-1100 $^\circ$ C在高纯化学气相沉积金刚石。我们观察到三种现象，可以共存：NV形成，NV淬火，和NV取向的变化。与基于NV的应用相关的是，通过在980 $^\circ$ ℃退火观察到在不存在样品照射的情况下NV密度增加6至24倍，并且在1050 $^\circ$ ℃观察到NV取向变化。相对于超纯金刚石中缺陷动力学的基本理解，我们的研究结果表明，一个显着的空位源可以被激活之间的NV创建950-980 $^\circ$ C，并表明，天然氢从NVH $_y$复合物在NV淬灭中起着主导作用，在最近的{ \it从头计算}的协议。最后，取向变化的直接观察使我们能够估计NV扩散势垒为5.1~eV。
2019-11-24 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Plasma treatments and photonic nanostructures for shallow nitrogen vacancy centers in diamond
我们研究了等离子体处理，特别是0 V偏压，潜在的低损伤O $_2$等离子体以及偏置Ar/SF $_6$ /O $_2$等离子体对浅，负氮空位（NV $^-$）中心的影响。我们使用纯电感耦合的0 V偏压等离子体进行点火和维持。为此，我们对高纯度化学气相沉积单晶金刚石（SCD）的表面进行预处理。随后，我们通过注入和退火产生$\sim$ 10 nm深的NV $^-$中心。在退火的SCD表面上，我们制造了纳米柱结构，其有效地波导浅NV $^-$的光致发光（PL）。表征这些纳米柱内的单个NV $^-$，我们发现Ar/SF $_6$ /O $_2$等离子体处理淬灭NV $^-$ PL，即使考虑到离子注入后的退火和清洁步骤去除任何表面终止。相比之下，对于我们的0 V偏压以及偏压O $_2$等离子体，我们观察到稳定的NV $^-$ PL和来自光子纳米结构的低背景荧光。
2019-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Calculation ofthe transitions and migration of nitrogen and vacancy related defects,with implications on the formation of NV centers in bulk diamond
用屏蔽非局域杂化密度泛函超原胞平面波方法计算了金刚石中置换氮（Ns）、空位（V）和相关点缺陷（NV、NVH、N2、N2V和V2）的形成能、激发能以及电荷跃迁能级。此外，还计算了V和NV的扩散激活能，对已有的数据进行了理论和实验的比较，发现理论和实验符合得很好，并对缺失的数据进行了预测。基于这些缺陷的计算性质，带负电荷的氮空位中心的形成进行了研究，这是一个突出的候选应用在量子信息处理和纳米传感器。我们发现，NV缺陷的浓度是有限的天然金刚石由于相对较高的形成能量的NV。我们的研究结果表明，NV缺陷主要形成在退火的早期阶段，在N掺杂和辐照的金刚石。我们发现，具有多个受主态的两性双空位缺陷对辐照金刚石样品中NV的电荷状态和光稳定性有显著影响。
2013-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Self-passivation of Single Vacancy in Black Phosphorus via a Controlled Ionization
本文报道了一元黑磷的单空位电子自钝化机制。通过低温扫描隧道显微镜和键分辨非接触原子力显微镜，我们证明了SV局部重构和电离成带负电荷的$\mathrm{SV}^-$导致悬挂键的钝化，从而导致带隙态的淬灭，这可以通过温和的热退火或STM针尖操作来实现。SV表现出强烈的对称Friedel振荡（FO）模式，而$\mathrm{SV}^-$则表现出局部扰动幅度减小一个数量级的非对称FO模式，衰减速率更快。通过形成$\mathrm{SV}^-$增强的钝化可以归因于其弱的类偶极微扰，与密度泛函理论和数值计算一致。因此，自钝化的$\mathrm{SV}^-$是电子良性的，并且充当弱得多的散射中心，这可能是进一步增强BP及其类似物的电荷迁移率的关键。
2021-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen stoichiometry and instability in aluminium oxide tunnel barrier layers
我们目前的X射线光电子能谱学数据表明，化学吸附氧先前观察到的薄AlOx层的表面上形成的室温热氧化是由氧化物中的氧空位绑定。通过用金属电极外涂或通过电子轰击来增加穿过氧化物的电场，将该表面化学吸附的氧驱动到空位位置中。由于这些氧位点的低结合能，随后的氧暴露将这些离子吸引回表面，重新形成化学吸附的O $_2^-$。Al/AlOx/Al隧道结结合电子轰击AlOx势垒显示出在4.2 K下的低频结电阻噪声水平的显著降低。
2005-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational contribution to the thermodynamics of nanosized precipitates: vacancy-copper clusters in bcc-Fe
在简谐近似下，研究了晶格振动对bcc-Fe中由空位和/或铜组成的纳米尺度共格团簇热力学的影响。采用基于Metropolis蒙特卡罗模拟的格上模拟退火和基于分子动力学的非格上弛豫相结合的方法，得到了T = 0 K时最稳定的团簇构型.最新的原子间的潜在内置的框架内的嵌入原子的方法为Fe-Cu系统。用声子态密度计算了bcc-Fe中缺陷团簇的振动自由能。在有限的温度下，确定了纯bcc-Fe和fcc-Cu的总自由能以及空位铜团簇的总形成自由能和总结合自由能。我们的研究结果进行了比较，从以前的调查使用经验多体原子间相互作用势和第一性原理方法的可用数据。为了进一步应用率理论和对象动力学蒙特卡罗模拟，在本研究中评估的振动效应包括在先前推导的分析拟合的基础上的经典毛细管模型。
2011-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Thermal diffusivity recovery and defect annealing kinetics of self-ion implanted tungsten probed by insitu Transient Grating Spectroscopy
钨是未来聚变反应堆中面向等离子体的装甲部件的有前途的候选材料。一个关键的问题是其通常优异的热传输性能的辐射诱导的退化。在这项全面的研究中，热扩散率退化离子注入钨和它的演变从室温（RT）到1073 K被认为是。五个样品在室温下暴露于20 MeV的自离子，以实现从3.2 × 10-4到3.2位移/原子（dpa）的损伤水平。瞬态光栅光谱与原位加热，然后用于研究作为温度的函数的热扩散率演变。使用动力学理论模型，从测得的热扩散率的等效点缺陷密度估计。结果表明，在450 K和650 K之间的热扩散率的显着恢复，这与单空位迁移率的开始相一致。在1073 K退火后，初始损伤为3.2 × 10-3 dpa或更小的样品恢复接近原始值的热扩散率。另一方面，对于3.2 × 10-2 dpa或更高的剂量，即使在1073 K退火后，热扩散率的残余降低仍然存在。透射电子显微镜显示，这是与延长，辐射诱导的位错结构，退火后保留。灵敏度分析表明，热扩散率提供了一个有效的工具，用于评估总的缺陷含量在钨高达1000 K。
2021-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Study of the optimal conditions for NV- center formation in type 1b diamond, using photoluminescence and positron annihilation spectroscopies
研究了质子辐照结合真空热退火在~1b型金刚石单晶中产生负电荷氮空位色心（NV-）的最佳工艺参数。几个样品在不同的辐照和退火条件下处理，其特征在于慢正电子束多普勒展宽和光致发光（PL）光谱。在高质子注量的另一个复杂的空位缺陷出现限制NV-的形成。根据PL测量，NV-的浓度估计高达2.3 x 10^18 cm^-3。此外，我们还用NV ~-理论推导了正电子的俘获系数。这项研究深入了解了金刚石中高浓度NV-的生产，这在超灵敏磁力测量和量子混合系统应用中至关重要。
2011-08-24 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Increasing the coherence time of single electron spins in diamond by high temperature annealing
通过离子注入产生的金刚石中的带负电荷的氮空位（NV $^-$）中心通常显示出与晶体生长期间产生的NV不同的性质。我们观察到，与“天然”NVs相比，由四种不同能量（30-300 keV）的氮离子产生的NVs显示出短得多的电子自旋相干时间$T_2$，并且我们可以发现$T_2$对注入能量的任何依赖性。此外，我们还发现，约10%的人显示从NV $^-$到NV $^0$的转换。我们开发了一种方法，以增加$T_2$的单NV $^-$中心的退火样品在$t=1200 {\circ}$ C，而在同一时间的分数的NV显示放电大大减少。
2010-12-01 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Machine Learning Based Prediction of Polaron-Vacancy Patterns on the TiO$_2$(110) Surface
该研究结合神经网络监督学习、模拟退火与第一性原理数据库，预测金红石 TiO$_2$(110) 表面氧空位与小极化子的耦合图案，解释 SPM 观测到的非均匀空位分布。
2024-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics simulation of W Silicon Emitting Centers formation by Ga ion implantation
本文利用分子动力学模拟研究Ga离子注入与退火后纯硅中W中心的形成，提出三间隙团簇识别方法，发现高能注入增加团簇数量，退火可消除多余缺陷并保留W中心候选缺陷。
2023-10-26 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Raman and photoluminescence spectroscopic studies on structural disorder in oxygen deficient Gd2Ti2O7-d single crystals
本文报道了在氩气氛下用光学浮区法生长的Gd_2Ti_2O_（7-d）单晶中氧空位引起的结构无序的拉曼光谱和光致发光光谱研究。Gd 2 Ti 2 O 7-d晶片中的氧空位随着在空气气氛中的热退火而减少。生长后热退火的X射线衍射摇摆曲线的半高宽从245降低到157角秒，光学透射率从23%增加到87%（在1000 nm处）。拉曼光谱研究表明，随着热退火，O-Gd-O（Eg）和Ti-O（A1 g）伸缩模的强度单调增加。由于这些模式是与调制的氧x参数，这是敏感的Ti-O八面体畸变，拉曼强度的增加表明在Gd 2 Ti 2 O 7-d的氧亚晶格的结构有序性的改善。此外，光致发光的研究也证实了拉曼分析方面的减少与氧空位作为一个功能的热退火的结构缺陷。这项研究表明，使用拉曼光谱探测Gd 2 Ti 2 O 7-d晶体中的结构无序的有效性。
2022-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Stoichiometry and defect superstructures in epitaxial FeSe films on SrTiO3
利用低温扫描隧道显微镜研究了不同退火条件下SrTiO 3（001）衬底上外延FeSe薄膜的化学计量比和缺陷。低温退火与过量供应的Se导致Fe空位和超结构的形成，伴随着在FeSe膜的超导（金属）到绝缘体的转变。而高温退火则可以消除Fe空位和超结构，从而恢复单层FeSe薄膜的高温超导相。我们还观察到多层FeSe在低温退火过程中，这是揭示与铁空位的形成和吸附原子迁移。我们的研究结果文件非常特殊的作用，薄膜化学计量，并帮助解开几个争议的单层FeSe薄膜的性能。
2020-07-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
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
Atomically Resolved Surface Structure of SrTiO3(001) Thin Films Grown in Step-Flow Mode by Pulsed Laser Deposition
利用低温扫描隧道显微镜（STM）研究了脉冲激光（PLD）分步流动外延生长SrTiO 3（001）薄膜的表面结构。结果表明，在薄膜表面形成了一维TiO_x纳米结构，其密度随薄膜厚度的增加而增加。大多数的一维纳米结构消失后，沉积后退火，表明这种结构是亚稳态的，由于非平衡生长模式。退火后得到的表面表现出与较薄的膜相似的特征，具有（2x1）和（1x2）重构的畴结构，但具有较少的氧空位型缺陷。这些结果意味着，阶梯流生长是可能产生富TiO x的表面和Ti的薄膜中的缺陷。通过沉积后退火，富TiOx将从表面扩散到膜中，以补偿与Ti空位和氧空位相关的缺陷，导致具有较少氧空位的稳定表面结构。因此，STM测量可以为我们提供一个微观图片的表面化学计量的薄膜起源于生长过程的动力学，并可以提出一种新的方法来设计功能氧化物薄膜。
2010-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Electroluminescence from nitrogen-vacancy and interstitial-related centers in bulk diamond stimulated by ion-beam-fabricated sub-superficial graphitic micro-electrodes
我们报道了一种单晶金刚石器件的制造和表征，该器件用于电刺激氮空位（NV 0）和其他缺陷相关中心的光发射。采用6 MeV C3+微束辐照和热退火工艺制备了镶嵌在绝缘金刚石中的亚表面石墨微电极对。光致发光（PL）表征表明，在电极间的间隙区域的低辐射损伤浓度，这并没有显着影响PL功能占主导地位的NV中心。通过在石墨电极上施加偏置电压，导致注入高于阈值电压（~ 300 V）的高激发电流，有效地激发了来自NV 0中心的强烈EL发射，研究了器件在电致发光（EL）机制中的操作。此外，我们报告的新观察到的两个额外的尖锐的EL发射线（在563 nm和580 nm）相关的间隙缺陷MeV离子束制造过程中形成的。
2015-07-08 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Termination of Single Crystal Bi2Se3 Surfaces Prepared by Various Methods
硒化铋（Bi 2Se 3）是一种具有二维层状结构的拓扑绝缘体，其能够通过劈裂来制备清洁且有序的表面。虽然一些研究表明，解理表面终止与硒，预期从散装晶体结构，其他报告表明，无论是Bi或混合终止。本文利用低能离子散射（LEIS）、低能电子衍射（LEED）和X射线光电子能谱学（XPS）等测试手段，比较了在超高真空（UHV）条件下原位解理、非原位解理和离子轰击退火（IBA）等方法制备的表面。通过原位裂解和IBA制备的表面是有序的和Se-封端的。非原位裂解的样品可以是Se封端的或富含Bi的，不太有序并且具有吸附的污染物。这表明，涉及大气污染物的化学反应可能会优先吸附在表面缺陷处，这可能会导致终止的不可再现性。
2016-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic mechanisms of binary alloy surface segregation from nanoseconds to seconds using accelerated dynamics
虽然许多合金表面的平衡组成是很好的理解，在退火过程中的瞬态表面偏析的速率是未知的，尽管其对合金腐蚀和催化反应发生在重叠的时间尺度上的关键作用。在这项工作中，CuNi合金代表（100）表面小面在真空中退火使用原子模拟观察空位扩散对表面分离的影响。我们采用多时间尺度的方法来采样分离过程中的早期瞬态，中间和平衡态的板表面，包括标准的MD以及三种方法来执行原子，长时间的动力学：平行轨迹拼接（ParSplice），自适应动力学蒙特卡罗（AKMC），和动力学蒙特卡罗（KMC）。从纳秒（ns）到秒的时间尺度，我们的多尺度计算方法可以观察到罕见的随机事件通常不会看到与标准MD，关闭计算和实验时间尺度之间的差距表面偏析。通过所有四种方法在几十ns内解决了空位向板坯的快速扩散。然而，在这两种KMC方法中，空位随机重新进入次表层的现象只出现在微秒级的时间尺度上。讨论了表面空位捕获的动力学过程及其对偏析率的影响。CuNi在退火过程中偏析后的平衡组成分布估计发生在秒的时间尺度上，由KMC确定，结果直接与纳米级实验相媲美。
2021-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Investigation of the SiO2-SiC interface using low energy muon spin rotation spectroscopy
使用正μ子作为以低能量注入的局部探针使得能够以纳米深度分辨率收集关于感兴趣的材料的信息（低能量μ子自旋旋转光谱（LE- $μ$ SR））。在这项工作中，我们利用LE- $μ$ SR的能力来进行SiO $_\text{2}$ -SiC界面的研究。研究了热氧化样品在一氧化氮（NO）和氩气（Ar）气氛中退火前后的变化。发现热氧化导致在靠近界面的SiC晶体和在界面本身的结构变化。已知NO环境中的退火钝化缺陷，导致界面陷阱（D $_{it}$）的密度降低; LE- $μ$ SR进一步揭示NO退火导致SiC中的高载流子浓度的薄层，取决于退火条件延伸到50 nm以上。我们还看到在热氧化之后在SiC中形成Si空位（V $_{Si}$）的迹象。NO退火后，氮占据的V $_{Si}$网站，导致D $_{it}$的减少，并在同一时间，创建一个电荷载流子丰富的区域附近的界面。通过比较的LE- $μ$ SR数据从一个已知的掺杂密度的样品，我们执行一个高分辨率的量化的自由载流子浓度的界面附近的NO退火后，并讨论观察到的近表面的变化的起源。最后，使用$μ$ SR示出了在界面下方的区域中的MOS电容器中的载流子的耗尽。NO退火的样品示出了最窄的耗尽区域，这可能是由于界面附近的D $_{it}$减小和电荷载流子富集区域。我们的研究结果表明，利用LE- $μ$ SR的许多好处，研究已无法与其他技术的半导体器件的关键区…
2022-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy-Enhanced $N-N$ Bonding and Deep Level Complex Defect Formation in $β-Ga_2O_3$
International Research Centre Magtop, Institute of Physics Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所马格托国际研究中心）；Institute of Plasma Physics and Laser Microfusion（等离子体物理与激光微聚变研究所）；Institute of Fundamental Technological Research Polish Academy of Sciences（波兰科学院基础技术研究所）；Institute of Microelectronics and Optoelectronics, Warsaw University of Technology（华沙理工大学微电子与光电子研究所）；National Center for Nuclear Research（国家核研究中心）；The Centre for Advanced Materials and Technologies, CEZAMAT at the Warsaw University of Technology（华沙理工大学先进材料与技术中心CEZAMAT）
通过第一性原理计算研究了β-Ga₂O₃中氮相关缺陷复合物的形成与电子性质，发现空位辅助配置增强了局部晶格松弛并降低了N-N距离，尽管这些配置未完全形成分子N₂特性，但所有配置均在带隙内引入局域电子态，作为深陷阱中心限制载流子传输，促进半绝缘行为和电流阻断特性。
2026-10-15 cond-mat.mtrl-sci
CO oxidation on a single Pd atom supported on magnesia
用程序升温反应质谱和红外光谱研究了CO在MgO（100）表面氧空位上的单Pd原子上的氧化反应。在一次加热循环实验中，在260 K和500 K下检测到由O $_2$和CO在90 K下预吸附形成的CO $_2$。从头算模拟表明，两种反应路线，与Pd（CO）$_2$ O $_2$和Pd（CO $_3$）CO被发现作为前体的低温和高温通道，分别。这两种反应导致空位的退火，并诱导剩余的Pd-CO的迁移和聚结，形成更大的团簇。
2001-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Impact of impurities on leakage current induced by High-Energy Density Pulsed Laser Annealing in Si diodes
本研究针对高能量密度脉冲激光退火在硅功率器件中引发的杂质与缺陷问题，通过不同能量密度和脉冲数的实验结合DLTS测量，揭示了空位浓度、杂质扩散与漏电流退化的关联机制。
2025-01-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A detailed analysis of impact collision ion scattering spectroscopy of bismuth selenide
碰撞离子散射光谱（ICISS），这是一个变化的低能离子散射（LEIS），采用大的散射角，进行Bi 2Se 3表面离子轰击和退火（IBA）制备。实验收集了ICISS沿[120]和[-1 -2 0]方位角的角扫描，并进行了数值模拟，通量峰位置的匹配表明顶部三个原子层是体终止的。一个新观察到的功能被确定为最小值时，离子束入射沿低折射率方向的多重散射背景。作为散射角的函数的计算扫描被用来识别通量峰值的行为，以显示它们是否源自遮蔽、阻挡或两者。这种新的大角度LEIS数据分析方法被证明是有用的，准确地调查复杂的表面结构。
2017-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multi-scale reconstruction of single-ion damage tracks in diamond via nitrogen-vacancy centers
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；Luxembourg Institute of Science and Technology（卢森堡科学与技术研究所）；Virginia Tech National Security Institute（弗吉尼亚理工大学国家安全学院）
本研究利用金刚石中的氮空位（NV）中心，通过亚MeV碳离子注入和NV形成检测单个反冲事件，开发模拟框架解释NV产额并预测方向信息保留，结合机器学习改进头尾分类，为稀有事件探测和量子材料合成提供新途径。
2026-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci hep-ex
Study of point- and cluster-defects in radiation-damaged silicon
辐射的非电离能量损失在硅中产生点缺陷和缺陷团，这导致传感器性能的显著下降。在这篇文章中，给出了在80~280 ° C等时退火条件下，几个$10^{14}$ cm $^{-2}$注量和3.5~27 MeV能量的电子辐照硅焊盘二极管的TSC（热激电流）缺陷谱结果。介绍了一种基于SRH（Shockley-Read-Hall）统计的方法，该方法假设团簇中缺陷的电离能取决于被占据的陷阱的分数。从TSC数据中提取了孤立点缺陷和完全占据的团簇的电离能差$ΔE_a$。对于VOi（vacancy-oxygen interstitial）缺陷，发现了$ΔE_a = 0$，证实了它是一个点缺陷，验证了点缺陷的方法。对于由深受主制成的团簇，在80 ° C退火后确定不同缺陷的$ΔE_a$值作为电子能量的函数，并且对于用15 MeV电子照射作为退火温度的函数。对于用3.5 MeV电子的辐照，发现值$ΔE_a = 0$，而对于6至27 MeV $ΔE_a > 0$的电子能量。这与电子形成团簇形成的预期阈值约为5 MeV一致。作为退火温度的函数确定的$ΔE_a$值表明，对于不同的缺陷，退火速率是不同的。一个朴素的扩散模型是用来估计的温度依赖性的集群中的缺陷的扩散。
2018-03-19 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Fabrication of quantum emitters in aluminium nitride by Al-ion implantation and thermal annealing
本研究通过铝离子注入和热退火在氮化铝中制备量子发射体，发现发射体密度随注量增加，600°C退火在最大注量下获得最佳产率，揭示了空位形成机制的关键作用。
2023-10-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Efficient creation of shallow NV$^-$ ensembles by high-angle ion implantation
The University of Tokyo（东京大学）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology（国立产业技术综合研究所）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
本文通过高角度离子注入（>60°）提高浅层NV$^-$中心的制备效率，实现近10%产率和低于10nm深度，且相干性质优异，可用于检测范德瓦尔斯材料中的核自旋。
2026-09-22 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Experimental observation of moving intrinsic localized modes in germanium
深能级瞬态光谱表明，由锗的α辐照产生的缺陷被低能量等离子体离子退火到几千个晶格单位的深度。等离子体离子具有2- 8 eV的能量，因此可以向锗原子传递几eV量级的能量。最丰富的缺陷被确定为E-中心，掺杂剂锑和空位的复合物，退火能量为1.3eV，由我们的测量确定。电感耦合等离子体具有非常低的密度和非常低的离子通量。这意味着离子碰撞在时间上和在半导体表面上几乎是孤立的。我们的结论是，能量的顺序为eV的是能够旅行一个很大的距离在锗中以本地化的方式，并有效地传递到缺陷。最有可能的候选者是振动非线性波包，称为固有局域模，它存在于有限的能量范围内。这一性质与高能离子产生退火效应的效率较低的事实相一致。
2015-05-13 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS
