An optically enhanced crystalline silicon allotrope: hydrogen passivated type II silicon clathrate
针对硅笼形物光电性能受高掺杂和缺陷限制的问题，本研究通过远程等离子体处理实现氢（氘）掺入II型硅笼形物，形成NaD和SiD复合物降低施主密度与缺陷，提升发光强度40倍且性能稳定，为其光电器件应用提供新策略。
2025-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-glass electron-crystal thermoelectric clathrates: Experiments and theory
I型笼形化合物在寻找高效热电材料方面引起了极大的兴趣。这些化合物构成了由纳米级的四面体（14个面体）和十二面体（12个面体）组成的网状笼，其中周期表中的第1族或第2族元素被囚禁为所谓的摇铃客体原子。值得注意的是，虽然这些化合物具有晶体的双晶结构，但它们在整个温度范围内表现出玻璃状的声子热导率，这取决于四面体中的晶格客体原子的状态。此外，这些化合物显示出不寻常的玻璃状比热和太赫兹频率声子动力学，提供了一个显着的宽峰几乎相同的拓扑无序的非晶材料或结构玻璃，所谓的玻色子峰。在显示这些玻璃状特征的化合物中实现了有效的热电效应。近十年来，已经发表了许多关于I型笼形化合物的实验工作。这些是衍射实验，热和光谱实验，除了那些基于热和电子传输。这些构成了本文基于这十年来的进展的原材料。本文的主题不仅从物理学的角度，而且从制作高效热电材料的实际问题的角度涉及有趣的现象。本文综述了I型笼形化合物的广泛的实验研究，以及在这些材料中观察到的奇特的热和动力学性质的理论解释的审查。
2014-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Phase boundary between Na-Si clathrates of structures I and II at high pressures and high temperatures
理解共价笼形物的形成是设计具有超硬和金属导电性内在耦合的新型超硬材料的关键点。硅包合物具有原型结构，可以作为超硬包合物框架“Si-B”、“Si-C”、“B-C”和“C”的现有模型化合物，其中插入原子（例如碱金属甚至卤素）可以确保金属性质。在这里，我们报告的原位和异位研究的高压形成和稳定的笼形物Na 8 Si 46（结构I）和Na 24 + xSi 136（结构II）。使用标准的Paris-Edinburgh池（对置砧座）进行了高达6 GPa和1500 K的实验。我们已经确定，在Na-Si系统中的化学相互作用和两种结构的笼形物之间的转变发生在低于硅熔化的温度。结晶产物对钠浓度有很强的敏感性。提出了笼形转变的初步图解。与Na 8 Si 46（结构I）相比，Na 24 + xSi 136（结构II）在至少高达~6 GPa的温度下是稳定的。
2016-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Pressure induced amorphization and collapse of magnetic order in type-I clathrate Eu8Ga16Ge30
利用X射线粉末衍射（XRD）、X射线吸收近边结构（XANES）和X射线磁性圆二色性（XMCD）技术研究了高压下I型包合物Eu 8 Ga 16 Ge 30的低温结构和电子性质. XRD测量揭示了在18 GPa以上向非晶相的转变。与以前报道的其他笼形化合物，没有体积塌陷之前观察到的晶体-无定形相变时发生的晶胞体积减少到81%的环境压力值。压力相关的相对体积与Murnaghan状态方程（EOS）的拟合产生体积模量B 0 = 65 ± 3GPa和压力导数B '0 = 3.3 ± 0.5。Eu的L2-边缘XMCD数据显示在结晶-非晶相变的磁序淬灭。XANES谱表明Eu 2+价态的持久性高达22 GPa，因此，XMCD强度的抑制是由于磁秩序的损失，作为一个结果，在非晶相的挫折交换相互作用，而不是由于淬火的本地时刻。当与其他包合物相比，结果指出，在确定的框架结构的机械稳定性和非晶化的临界压力的客体离子笼相互作用的重要性。最后，未发现晶体结构在压力释放后恢复，从而产生在环境压力和温度下至少是亚稳态的新型无定形材料。
2013-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Glasslike vs. crystalline thermal conductivity in carrier-tuned Ba8Ga16X30 clathrates (X = Ge, Sn)
通过对Ba_8Ga_（16）X_（30）（X = Ge，Sn）包合物的单晶X射线衍射、热导率k（T）和比热Cp（T）的研究，解决了目前在某些晶体材料中观察到的类玻璃热导率起源的争论。这些晶体显示出完全不同的低温k（T）行为，这取决于它们的载流子是电子还是空穴，在前一种情况下显示出通常的结晶峰，而在后一种情况下显示出异常的玻璃状平台。相比之下，Cp（T）高于4 K和一般的结构性质基本上是不敏感的载波调谐。我们分析了这些综合结果的框架内的隧道/共振/瑞利散射模型，并得出结论，从晶体到类玻璃k（T）的演变是伴随着增加的有效密度的隧道态和共振散射水平，而这些贡献都不能单独占观察到的变化在整个温度范围内。这表明，决定结晶或玻璃状行为的最相关因素是客体振动模式和具有不同载流子的骨架之间的耦合强度。
2006-06-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Synthesis and transport properties of ternary type-I Si clathrate K8Al7Si39
合成了一种由大量无毒元素组成的三元I型硅包合物K8 AlxSi 46-x，并研究了其在10 ~ 320 K温度范围内的输运性质.用中子粉末衍射和电感耦合等离子体发射光谱证实了所合成的化合物为三元I型Si笼形物K_8Al_7Si_39，晶格常数为a = 10.442A。电阻率和霍尔系数的测量结果表明，K8 Al 7Si 39是一种以电子为主要载流子的金属，密度约为1x10^27 /m3。K_8Al_7Si_39的Seebeck系数为负值，其绝对值随温度的升高而增大。热导率的温度依赖性类似于结晶固体。的无量纲的优值是约0.01，在300 K，这是可比的，为其他三元硅笼形物。
2015-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Structure and stability of Ba-Cu-Ge type-I clathrates
我们用感应熔炼和固相反应法制备了名义型Ba（8）Cu（x）Ge（46-x）样品。分析表明，这些材料形成I型包合物，其中铜含量在x = 4.9和5.3之间，几乎与起始组成无关。我们用X-射线粉末衍射和单晶电子衍射来确认立方I型笼形结构，而电子探针测量证实了x = 5组合物的稳定性。该结果不同于相应的Ag和Au包合物，并且可能由于在X射线衍射中类似的Cu和Ge形状因子而先前未知。所观察到的组合物非常紧密地粘附到一个价计数计划，在协议与Zintl型稳定性机制。这意味着电子态密度的间隙，也与Au和Ag类似物的金属行为相反。磁化强度测量表明，在Ba-Cu-Ge包合物的大的抗磁响应。这种行为与半导体或半金属行为一致，并且与许多金属间半导体的行为相似。
2003-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Occupational Disorder as the Origin of Flattening of the Acoustic Phonon Branches in the Clathrate Ba$_{8}$Ga$_{16}$Ge$_{30}$
在寻找高性能热电材料的过程中，由于具有玻璃状的低声子热导率和晶体状的高电导率，诸如笼形物的材料引起了人们的注意。Ba $_{8}$ Ga $_{16}$ Ge $_{30}$（BGG）具有捕获在刚性Ga/Ge笼状结构内的松散结合的客体Ba原子。声学声子和平坦的客体原子分支之间的避免交叉已被提出是BGG的低晶格热导率的来源。Ga/Ge位无序与Ga和Ge在不同晶胞中交换位置也已被报道。我们使用飞行时间中子散射测量完整的声子谱在一个大的单晶BGG和比较这些结果与密度泛函理论的预测阐明的影响的无序载热声子。实验结果与假设无序的计算结果比与假设有序构型的计算结果吻合得更好。虽然Ga和Ge的原子质量几乎相同，但我们发现无序强烈降低了声子群速度，从而显着降低了热导率。我们的工作指出了优化热电的新途径。
2023-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Structural, transport, and thermal properties of single crystalline type-VIII clathrate Ba8Ga16Sn30
我们报告的电阻率，霍尔系数，热电功率，比热，和热导率的单晶体的类型-VIII包合物Ba_8 Ga_（16）Sn_（30）从Sn熔剂生长。在较宽的温度范围内负的S和RH表明电子主导电输运性质。rho（T）和S（T）都显示出重掺杂半导体杂质半导体的典型行为。当温度升高到550 K时，S的绝对值单调增加到243 uV/K。大的S可能源于低载流子浓度n= 3.7 × 10^19 cm^（-3）。霍尔迁移率μ H在70 K附近达到最大值62 cm^2/Vs。对uH随温度变化的分析表明，随着温度的升高，主要的散射机制从电离杂质散射过渡到声学声子散射。通过对结构细化和比热实验数据的分析，证明了Ga和Sn笼中Ba原子局域振动模的存在，得到了50 K的Einstein温度和200 K的Debye温度。Ba原子的这种局部振动应该是低热导率（150 K时为1.1 W/m K）的原因。讨论了VIII型笼形化合物的热电应用潜力。
2004-09-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Isostructural phase transition and equation of state of type-I and type-VIII metallic sodium borosilicide clathrates
Sorbonne Université, MNHN, UMR CNRS 7590, IMPMC（索邦大学）；Synchrotron SOLEIL（SOLEIL同步辐射中心）
本研究通过高压实验发现型-I钠硼硅笼状物在13 GPa处发生等结构相变，而型-VIII则表现出常规压缩，揭示了其独特的高压行为和金属特性。
2025-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Glass-Like Heat Conduction in High-Mobility Crystalline Semiconductors
报道了具有I型笼形水合物晶体结构的多晶半导体的热导率。Ge笼形物（掺杂有Sr和/或Eu）表现出典型的非晶材料的晶格热导率。值得注意的是，尽管具有明确的晶体结构和相对高的电子迁移率（$\sim 100 cm^2/Vs$），这种行为还是发生了。掺杂离子的动力学及其与结构的多面体笼的相互作用是强声子散射的可能来源。
1998-12-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Off-center Rattling Triggers High-Temperature Thermal Transport in Thermoelectric lathrates: Non-Perturbative Approach
晶格热导率$κ_{\rm L}$的I型笼形包封“偏离中心”的客体原子的行为方式，是从那些传统的晶体，如中心上的I型笼形包合物的急剧不同。在几十K以上，后者随温度升高按1/ $T$降低。而偏离中心的包合物的$κ_{\rm L}$在几十K以上线性增加T。进一步增加温度高于$T\gtrsim$ 100 K，$κ_{\rm L}$饱和而不表现出明显的T-依赖性。在此温度范围内，基于微扰理论的$κ_{\rm L}$的标准公式是不可行的。本文基于“非微扰”理论，考虑了客体原子非振动偏心振动态与笼壳层的相互作用，提出了一种$κ_{\rm L}$理论。值得注意的是，我们的理论与观察到的$κ_{\rm L}(T)$偏心笼形物的大小，笼体积$Ω$依赖性和T依赖性非常一致。
2018-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Ge$_{136}$ type-II clathrate as precursor for the synthesis of metastable germanium polymorphs: a computational study
本文用\textit{ab initio}小胞元方法研究了不同温度和压力下笼形II型结构Ge（CF 136）的压缩响应。在较低压力$p$ =2.5 GPa下，亚稳金属bct-5相与在较高压力下形成的$β$ -Sn Ge（tI 4）竞争。在降低温度时，从Ge $_{136}$获得的无定形中间体的存在更加明显，并且有助于形成更致密的结构图案，由此可以形成金属bct-5。其中，各向异性盒波动促进相形成。使用一组拓扑描述符，包括协调序列和环统计数据的metadaptics运行进行了深入分析。在结构景观的历史和无定形中间体的差异是至关重要的选择性形成特定的亚稳多晶型物，对把晶体结构的预测变成实际的材料。
2022-08-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.comp-ph
Size effect on the thermal conductivity of a type-I clathrate
包合物是一类具有极低声子热导率的材料，这是高热电转换效率的关键成分。本文对LaPDMATHABMM Ba $_{6.8}$ Au $_{5.8}$ Si $_{38.8}\square_{1.4}$的Ⅰ型笼形化合物进行了研究，旨在通过形成介观导线进一步降低声子的热导率，我们的假设是，客体原子的低能振动模之间的相互作用（La和Ba）的声学模式，这主要源于I型笼形框架（由Au和Si原子形成，具有一些空位$\square$），切断了它们的色散，从而使与热输运相关的声子平衡向长波长声子倾斜。因此，预计在相对较长的长度尺度上会出现规模效应。使用自上而下的方法进行结构化，其中使用聚焦离子束技术从一块单晶切割直径为1260 nm至630 nm的线。用自加热$3ω$技术测量了低至80 K的热导率。事实上，他们揭示了一个相当大的比例的$\sim$ 40%，我们最薄的线的室温声子热导率的减少，从而证实了我们的假设。
2023-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable charge carriers and thermoelectricity of single-crystal Ba8Ga16Sn30
我们已经从Sn和Ga熔剂中生长了VIII型金属间化合物Ba8Ga16Sn30的单晶，通过电子探针分析评估了它们的成分，并通过测量温度依赖的电阻率、热电势和霍尔系数研究了它们的输运性质。在Sn熔剂中生长的晶体显示n型载流子，而来自Ga熔剂的晶体显示p型载流子，而所有测量的组合物保持非常接近于Ba：Ga：Sn的化学计量比8：16：30，这是从电荷平衡原理预期的。我们的研究结果表明一个非常高的灵敏度的载流子的性质和密度相对于生长条件，导致相关的传输特性的差异，这点的重要性，调整这种材料的最佳热电性能。
2006-01-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Crystal structure prediction with nuclear quantum and finite-temperature effects via deep free energy learning
National Key Laboratory of Computational Physics, Institute of Applied Physics and Computational Mathematics（计算物理全国重点实验室，应用物理与计算数学研究所）；Artificial Intelligence for Science Institute（人工智能科学研究所）；Key Laboratory of Material Simulation Methods and Software of Ministry of Education, College of Physics, Jilin University（教育部材料模拟方法与软件重点实验室，吉林大学物理学院）；International Center of Future Science, Jilin University（吉林大学未来科学国际中心）；Institute of Physics, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院物理研究所）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；HEDPS, CAPT, College of Engineering, Peking University（北京大学工学院力学航空航天学院（高能量密度物理教育部重点实验室、先进结构与技术研究中心））
本文提出通过深度自由能模型在高通量晶体结构预测中整合有限温度和核量子效应，通过两阶段学习流程实现自由能、力和应力的单次前向传递，成功预测了La-Sc-H系统中新的稳定笼状氢化物。
2026-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Interpretation of the Formation Volume of Defects in Crystal Growth
在计算缺陷的形成焓时，出现了伴随缺陷形成体积的应力项。该形成体积通常被解释为具有和不具有缺陷的晶体之间的体积差。在晶体生长研究中，当研究缺陷的形成时，有时会将缺陷和完整晶体的体积分开处理而误用解释。然而，这两个量是不可分割的，只有它们之间的差异才具有物理现实性。
2019-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Crystal asymmetry induces single-atom chain formation in gold nanowires
我们采用密度泛函理论和紧束缚分子动力学计算研究了金纳米线沿[110]晶向拉伸时形成的悬浮线性原子链。我们确定，只有当晶体对称性在伸长过程的早期阶段被破坏时，才能发生链的形成。这种晶体学不对称性可以通过沿着稍微离轴的拉伸方向拉伸金属丝或通过引入热波动来诱导。我们观察到这些链的离轴形成与实验结果一致。
2007-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Temperature-induced barium de-trapping from a double-well potential in Ba6Ge25
用中子粉末衍射研究了钡锗包合物Ba_6Ge_（25）在20- 300 K温度范围内的晶体结构。发现该化合物是立方的（S.G. P4_1 23）在整个温度范围内。然而，晶体结构的完全有序模型（没有分裂位点）在室温下是边缘的，并且在低温下明显失效。一个更好的描述低于250 K的晶体结构给出了两个分裂的Ba网站，随机占位，两个三种类型的笼中存在的Ba 6 Ge 25结构。Ba原子被发现与Ge主机强烈相互作用。分裂的Ba位点的分离随着温度的降低而增长，在200- 250 K的温度范围内冷却时突然增加，伴随着整个晶体结构的膨胀。我们提出了一个简单的模型，这种转变的基础上，温度诱导的脱陷的Ba从深双阱势。这种转变与相当大的异常的运输和磁性。这些效应中最重要的，也就是冷却时电导率的下降，可以很容易地在我们的模型中通过增强的结构无序来解释，这将影响费米表面所有部分的弛豫时间。我们认为，其他的异常（增加的负塞贝克系数的绝对值，在磁化率的下降）可以在一个电子的半经典模型的框架内解释，而不需要调用任何奇异的电子-电子相互作用机制。
2003-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Solving the disordered structure of $β$-Cu$_{2-x}$Se using the three-dimensional difference pair distribution function
高性能热电材料如Zn $_4$、Sb $_3$和笼形物具有作为其有利性质的根源的原子无序。这使得在定量水平上理解和建模它们的性质变得非常困难，因此获得有效的结构-性质关系具有挑战性。Cu $_{2-x}$ Se是一种被深入研究的、廉价且无毒的高性能热电材料，其表现出高度独特的输运性质，特别是在400 K附近的$β$到$α$的相变附近，这必然与晶体结构的详细性质有关。自1936年以来，解决低温相$β$ -Cu $_{2-x}$ Se的晶体结构的尝试一直不成功.到目前为止，所有的研究都假设$β$ -Cu $_{2-x}$ Se具有三维周期性结构，但在这里，我们表明，该结构仅在二维中是有序的，而在第三维中是无序的，具有高度无序的堆叠序列。利用三维差对分布函数（3D- $Δ$ PDF）分析方法对单晶X射线散射进行了分析，得到了有序层的结构，并指出存在两种堆垛无序模式，这两种堆垛无序模式产生了具有较高对称性的平均结构。本方法允许在某些维度上无序而在其他维度上有序的结构的直接解。固体的局部和扩展结构决定其性质，Cu $_{2-x}$ Se代表高性能热电材料的一个例子，其中局部原子结构与从布拉格晶体学观察到的平均周期性结构显著不同。
2019-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Multiscale analysis of crystal defect formation in rapid solidification of pure aluminium and aluminium-copper alloys
快速凝固导致独特的微观结构特征，其中较少研究的主题是各种晶体缺陷的形成，包括高位错密度以及晶体取向的梯度和分裂。由于这些缺陷严重影响材料的机械性能和性能特征，因此了解缺陷形成机制以及它们如何取决于凝固条件和合金化非常重要。为了阐明快速凝固诱导晶体缺陷的形成机制，我们进行了多尺度模拟分析，包括键级势的分子动力学（MD），相位场晶体振幅扩展（PFC-AE）模拟，和顺序耦合相位场-晶体塑性（PF-CP）模拟。对由此产生的位错密度进行量化并与过去的实验进行比较。原子的方法（MD，PFC）可以用来校准连续水平的晶体塑性模型，和框架增加了从多尺度分析产生的机制的见解。
2021-09-22 cond-mat.mtrl-sci
CO2 hydrate dissociation at low temperatures - formation and annealing of ice Ic
低于240 K的气体水合物的分解导致形成亚稳态形式的水冰，即所谓的立方冰（Ic）。由于其有缺陷的性质和小的颗粒尺寸，由这种材料组成的表面膜不能产生任何显著的扩散屏障。高于160 K，立方冰逐渐转变为稳定的六边形（Ih）的形式在实验室的时间尺度。退火，再加上并行分解的气体水合物，加速温度上升，但已经超过190 K的第一个过程占上风，转换立方堆积序列在普通Ih冰在几分钟内。通过非常缓慢的等温退火或在加热到240 K以上之后去除剩余的堆垛层错。讨论了立方堆积比例对分解率的影响。更好地理解低温下的解离动力学对于现有假设的关键评估特别重要，现有假设认为包合物是一种潜在的介质，积极参与地质过程或能够在彗星，冰冷的卫星（即）等环境中储存气体（例如CH4，CO2或CO2）。e.土卫六，木卫二，土卫二）或火星上。在这里，我们提出了在170和190 K和平均火星表面压力之间的等温和等压条件下的CO2笼形物的解离动力学研究。我们特别注意形成的冰，并证明其对解离速率的影响与中子衍射研究（在ILL/格勒诺布尔D20上进行）和cryo-SEM相结合。更详细的晶体学信息已通过一个灵活的堆垛层错模型，能够揭示的堆垛概率和晶体尺寸方面的缺陷结构的冰Ic的时间演化。
2015-10-27 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
On the Formation of Thin Ice Crystal Plates: A New Type of Morphological Instability in Diffusion-Limited Growth
我们提出了一种新的形态不稳定性，在扩散限制生长的小面晶体从气相，可以解释形成的薄冰板在温度接近-15 ℃。当小平面生长的附着动力学强烈依赖于小平面表面的形态时，出现不稳定性。特别是，我们提出的冷凝系数的增长冰棱镜刻面的宽度时，刻面接近原子尺寸显着增加。这个模型调和了冰晶生长的几个相互矛盾的测量，并为未来的生长实验做出了额外的预测。其他刻面晶体材料可表现出类似的形态不稳定性，其促进薄板状或针状晶体结构的扩散限制生长。
2003-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Room temperature formation of high-mobility two-dimensional electron gases at crystalline complex oxide interfaces
良好的控制子单元电池层的尖晶石氧化铝的外延生长在室温下实现的TiO 2终止的SrTiO 3单晶衬底。通过定制的界面氧化还原反应，二维电子气的迁移率超过3000 cm ~ 2 V ~（-1）s ~（-1），实现在这个新的氧化物界面。
2013-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Features of formation of the Al-Cu single crystals structure under the action of pressure and gravitational field on the crystallization process
用X射线结构分析、X射线衍射形貌分析、X射线光谱分析和金相分析等方法研究了用Bridgman法以1 mm/min的速度生长的Al-4wt%Cu单晶的枝晶结构<001>。在压力和重力场分量的作用下，沿着结晶前沿的表面定向的熔体的结晶后获得的单晶。在单晶的横截面上发现了固溶体和共晶含量中铜的不均匀分布，并且在重力场分量作用方向上的样品侧面观察到其浓度的强烈增加。铜和共晶相的分布取决于压力。
2008-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Formation of Nanotwin Networks during High-Temperature Crystallization of Amorphous Germanium
锗是一种极其重要的材料，在纳米技术的许多领域中用于许多功能应用。在本文中，我们研究了非晶锗的晶化在高温下的临界纳米核的原子模拟。我们发现，结晶发生的经常性转移的原子通过扩散过程从非晶相到适当取向的结晶层。我们伴随着我们的模拟与全面的热力学和动力学分析的生长过程中，这解释了能量平衡和界面生长速度控制晶粒生长。对于$\langle111\rangle$的晶体取向，我们发现一个简并的原子重排过程，与两个零能量模式对应于一个完美的晶体结构和形成的$\Sigma3$孪晶界。在这个方向上的持续生长导致孪晶网络的发展，与所有其他生长方向相反，其中晶体无缺陷地生长。在$\langle111\rangle$半导体晶体的固相外延生长期间也观察到从非晶相结晶的这种特定机制，其中生长被限制在一维。我们计算得到的纳米孪晶网络的等效X射线衍射图案，为实验验证提供了依据。
2015-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Machine learning approaches for feature engineering of the crystal structure: Application to the prediction of the formation energy of cubic compounds
在这项研究中，我们提出了一种新的方法，以及所需的计算策略，有效的和可扩展的功能工程的晶体结构的化合物的不同化学组成。这种方法利用了一个通用的和可扩展的框架，用于量化的三维（3-D）体素化的晶体结构的形式的2点空间相关性的多个原子属性，并执行主成分分析，以提取低维功能，可用于建立代理模型的材料性能的兴趣。所提出的功能工程框架的应用程序演示的情况下，涉及使用两个截然不同的代理模型建设策略-本地高斯过程回归和神经网络的结晶化合物的形成能的预测研究。具体地，示出了顶部25个特征（即，主成分得分）作为两种模型构建策略的结晶物质的形成能的良好回归量。
2021-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Formation of nano-size Cr layers on LiNbO$_3$ crystal surfaces by dissimilar electric charges
用不同的真空蒸发方法研究了不同电荷的$_3$晶体抛光表面上沉积金属薄膜的形貌。本工作的主要目的是优化LiNbO $_3$晶体极性表面金属薄膜的沉积方法。所进行的研究表明，Cr沉积在LiNbO $_3$晶面上的特征在于不同的极性导致Cr膜的生长条件不同。这里的主要作用是由晶体表面上的电荷的符号以及溅射期间观察到的类型（热或磁控管）和条件（沉积速率、衬底温度等）起作用。
2020-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Formation of Curved Micron-Sized Single Crystals
自然界中的晶体通常表现出弯曲的形态，而不是经典的刻面表面。受生物弯曲单晶的启发，我们证明了具有弯曲表面的金单晶可以在不需要任何制造步骤的情况下生长。这些单晶从通过纳米薄膜的去湿形成的共晶组合物熔体的液滴的受限体积生长。我们可以通过控制进行该过程的环境来控制它们的曲率，包括几个参数，例如通过在晶体生长期间改变液滴的表面张力来控制液滴的接触角和曲率。在这里，我们提出了一个充满活力的模型，解释了这种现象，并预测为什么和在什么条件下，晶体将被迫与微滴的曲率生长，即使弯曲的单晶的能量状态是非常高的。
2016-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Suppression of secondary phase formation in Fe implanted ZnO single crystals
在稀磁半导体的制备中，不需要的二次相是主要的问题之一。在这里，作者显示了在Fe注入和退火后的ZnO（0001）单晶中避免这种相的可能性。虽然-Fe纳米粒子形成后，这样的掺杂在抛光晶体，高温（1273 K）退火在O2或高真空注入前抑制这些阶段。因此，在预退火的ZnO单晶的剩余饱和磁化强度是约20倍低于抛光的，并分配到孤立的Fe离子之间的间接耦合，而不是集群。
2009-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Formation Energy Prediction of Material Crystal Structures using Deep Learning
Mindanao State University（棉兰老州立大学）
本文提出一种深度神经网络模型，通过元素分数和对称分类预测晶体形成能，提升材料稳定性预测性能。
2024-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Three-Leaf Dart-Shaped Single-Crystal BN Formation Promoted by Surface Oxygen
在过去的几年里，人们已经通过化学气相沉积法合成了各种形状的二维六方氮化硼（h-BN）单晶。在这里，我们报告的三叶飞镖（3LD）形的h-BN单晶的形成在铜箔上的大气压化学气相沉积。3LD形状的h-BN的叶片长达18 μm，它们的边缘在一侧是光滑的扶手椅，在另一侧是阶梯状的扶手椅。仔细分析表明，表面氧在3LD形状的形成中起着重要作用。氧通过钝化Cu表面活性位点抑制h-BN成核，并降低边缘附着能，这导致生长动力学改变为扩散控制模式。
2018-09-30 cond-mat.mtrl-sci
An experimental apparatus for observing deterministic structure formation in plate-on-pedestal ice crystal growth
我们描述了一个实验装置，用于从水蒸气中生长孤立的板状冰晶的详细形态观察。每个晶体都形成了一个基座上板（POP）的几何形状，其中一个大的、薄的、板状的晶体从放置在衬底上的初始棱柱形籽晶的顶部边缘生长出来。对于POP几何形状，衬底不与生长板接触（除了在其中心处），因此衬底相互作用不会对晶体生长产生不利影响。通过控制晶体周围的温度和过饱和度，我们可以以可预测的方式操纵由此产生的冰生长行为，产生从简单的多面六边形板到复杂的树枝状结构的全方位形态。我们相信，这里描述的实验装置将允许在受控条件下的冰晶生长行为的前所未有的调查，详细识别和探索强大的形态特征。这种调查将提供有价值的观测输入，开发数值模拟技术，可以准确地再现经常出现在扩散限制晶体生长过程中的多面和分支结构。
2015-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Formation of metallic nano-crystals from gel-like precursor films for CVD nanotube growth: An in-situ TEM characterization
在透射电子显微镜（TEM）中通过原位退火观察连续Fe（NO3）3催化剂膜的演变。这种催化剂通常用于碳纳米管的催化生长。实验表明，在300 ℃左右，凝胶状膜已经形成结晶颗粒。在通常的700 ℃的碳纳米管生长温度下，颗粒是具有对数正态尺寸分布的单晶。观察结果还表明，尽管颗粒具有晶体结构，但仍具有高迁移率。实验允许获得有关催化剂膜的化学性质和结晶度的详细信息，这为解释通过化学气相沉积的碳纳米管生长提供了有价值的信息。
2005-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Close Packing of Atoms, Geometric Frustration and the Formation of Heterogeneous States in Crystals
为了描述由原子紧密堆积的趋势引起的非均匀介质中的结构特性，发展了一种基于使用黎曼几何方法（最近成功地应用于准晶和玻璃结构的描述）的形式主义。基于这种形式主义，我们发现，特别是在金属系统中的Frank-Kasper相的沉淀物的稳定性的标准。讨论了W-Re合金中“双极效应”的本质。
1997-05-25 cond-mat.mtrl-sci
On the Formation of Solid States Beyond Perfect Crystals: Quasicrystals, Geometrically-Frustrated Crystals and Glasses
在物理空间中存在三种固态物质：准晶体（准周期性）、晶体（周期性）和非晶体（非周期性）。在这里，我们认为的取向秩序的程度，发展后形成的固体状态的特点是应用四元数。二十面体准晶固体的形成被认为是与体超流的发展，其特征在于一个复杂的序参量，发生在三维空间的自发对称性破缺。晶体固态被认为是在受限维度中发展的物质的相相干拓扑有序超流态的高维类似物（Hohenberg-Mermin- Wagner定理）。最后，非晶态固体状态被认为是晶体固体的对偶，类似于莫特绝缘状态的物质是拓扑有序超流体的对偶。
2019-07-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Enantiodiscrimination through Oriented Attachment: Formation of Homochiral Crystal Aggregates from a Racemic System
我们表明，D-和L-对映体晶体的溴化钠在平衡与相应的解决方案，自聚集导致大的晶体组件。令人惊讶的是，晶体-晶体相互作用不是随机过程，并且几乎完全对映选择（手性识别）发生，从而提供纯手性聚集体。此外，还有晶体方向性，许多聚集体作为一个整体生长。该方法可以扩展到对映异构NaClO 3晶体在温和的条件下，以及晶体的固有手性分子，如蛋白质氨基酸。
2013-05-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Formation of collimated sound beams by three-dimensional sonic crystals
本文从理论和实验两方面研究了声束在三维声波晶体中和晶体后的传播。一个有效的准直晶体后面的光束的预测和实验证明。这种效应可以允许设计高空间质量声束的源。
2011-11-28 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
Wave propagation in single column woodpile phononic crystals: Formation of tunable band gaps
本文研究了由正交排列的细长圆柱构成的单柱木堆声子晶体中带隙的形成。我们着重研究了圆柱体局域振动对弹性波沿木堆声子晶体堆叠方向色散的影响。实验证实了它们的频率能带结构与单胞的弯曲共振行为密切相关。我们提出了一个简单的理论模型的基础上的离散元方法相关联的行为的本地谐振的圆柱形杆的带隙形成机制的木材堆声子晶体。这项工作中的发现意味着，我们可以实现通用的控制频率能带结构的声子晶体中使用木材堆架构。木材堆声子晶体可以形成一种新型的振动过滤装置，在操纵应力波传播时提供增强的自由度。
2014-04-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Dislocation pattern formation in finite deformation crystal plasticity
首次证明了有限变形晶体塑性中应力位错斑图形成的规律。在同一数学模型中也证明了尺寸效应。该模型在经典晶体塑性理论的基础上增加了两个额外的材料参数。所示的位错微观结构是从变形微观结构中分离出来的，并且在没有考虑与交叉滑移相关的潜在硬化或本构假设的情况下出现。晶体取向对斑图形成和机械响应的影响也被证明。显然无关的必要性的乘法分解的变形梯度，塑性变形张量，并选择一个参考配置在我们的模型来描述塑性的微观力学，因为它产生于位错的存在和运动是值得注意的。
2018-12-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Modeling multiple time scales during glass formation with phase-field crystals
本文用微观场论研究了单原子和二元液体中玻璃形成的动力学过程，讨论了时均原子序数密度的演化。相场晶体自由能和动态密度泛函理论相结合的随机框架，成功地描述了几个方面的玻璃形成在多个时间尺度。与模式耦合理论的协议被证明为欠阻尼液体在中等过冷度，和一个快速增长的动态相关长度被发现与脆弱的行为。
2011-04-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Evidence of Water-related Discrete Trap State Formation in Pentacene Single Crystal Field-Effect Transistors
我们报告在负栅极偏置应力并五苯单晶“倒装晶体”场效应晶体管与二氧化硅栅极电介质的离散陷阱状态的产生。实验中产生的陷阱密度高达2*10^12 cm^-2。在~280 K以上和以下，陷阱的形成和弛豫有明显的不同.在其中SiO2顶部上的自组装单层提供疏水绝缘体表面的装置中，我们没有观察到陷阱形成。这些结果表明陷阱态的微观原因是水吸附在SiO2表面。
2005-11-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Oscillatory Driving of Crystal surfaces: a Route to Controlled Pattern Formation
我们表明，晶体表面的振荡驱动可以诱导斑图形成或平滑。驱动力可以是完全不同的来源，例如脉冲激光束、电场或弹性。根据驾驶条件，在台阶或扭结处存在动力学不对称性时，可以看到台阶聚束和弯曲、土丘形成或表面平滑（Ehrlich-Schwoebel效应）。我们采用台阶模型来计算沿着取向错误表面的诱导质量通量，这解释了表面动力学和稳定性。当改变驱动频率时，发现磁通反转。斜率选择和亚稳性是由于沿特定方向的质量通量的抵消而产生的。动力学蒙特卡罗模拟说明了这些点。
2000-10-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
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
Pattern formation during nonequilibrium crystallization by classical-density-functional-based approach
非平衡结晶过程中的凝固形态是自然界和技术领域中最重要的微观结构之一。相场晶体（PFC）模型可以在原子尺度上模拟平衡结晶过程中的斑图形成，但由于缺乏合适的弹性弛豫时间尺度，不能很好地描述非平衡结晶过程。在这项工作中，我们提出了一个最小的经典密度泛函理论为基础的模型，晶体生长在过冷液体。生长前沿形核（GFN）和各种非平衡模式，包括小面生长，球晶，枝晶和柱状等轴转变（CET）等，在原子尺度上掌握。令人惊讶的是，除了过冷度和种子间距，种子分布是决定CET的关键因素。总体而言，两阶段的增长过程，即，扩散控制的生长和GFN主导的生长。但是，与第二阶段相比，第一阶段变得太短，在高过冷度下被注意到。第二阶段的显著特征是位错的急剧增加，这解释了过冷液体中的非晶形核前驱体。研究了不同过冷度下两个阶段之间的过渡时间。体心立方结构的晶体生长进一步证实了我们的结论。
2021-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Numerical computations of facetted pattern formation in snow crystal growth
雪晶的面状生长导致了丰富多样的形式，并表现出显着的六重对称性。雪晶结构是在各向异性表面能和各向异性附着动力学的存在下由扩散限制的晶体生长产生的。现在已经很好地理解，冰晶的形态稳定性强烈地依赖于过饱和度、晶体尺寸和温度。直到最近，对这种高度各向异性的晶体生长进行数值模拟还是非常困难的。特别地，获得与树枝状分支相结合的小面生长是一项具有挑战性的任务。我们提出了一种新的计算方法，在两个和三个空间维度的雪晶体生长的数值模拟。我们提出了定性和定量计算。特别地，观察到尖端速度和过饱和度之间的线性关系。计算还表明，表面能的影响，虽然很小，有一个更大的影响晶体生长比以前预期的。我们计算固体板，固体棱柱，空心柱，针，树枝状晶体，加盖柱和卷轴板。尽管所有这些形式都出现在自然界中，但其中大多数形式都是在连续体模型的数值模拟中首次计算的。
2012-02-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Hard Spheres: Crystallization and Glass Formation
出于对胶体悬浮液的旧实验，我们报告分子动力学模拟的硬球，解决结晶和玻璃形成的组件。模拟涵盖了宽范围的多分散性（粒度分布的标准偏差除以其平均值）和颗粒浓度。对于s > 0.07，未观察到结晶。对于0.02 < s < 0.07，我们发现在给定浓度下增加多分散性减缓晶体成核。这里的主要效果是多分散性降低过饱和度，因为它倾向于稳定流体但使晶体不稳定。在给定的多分散性下（< 0.07）我们发现了三种成核机制：在共存区和稍高于共存区的浓度下的标准成核和生长;在中等浓度下的“旋节成核”，其中成核的自由能垒似乎可以忽略;并且，在最高浓度下，一种新的机制仍有待完全理解，其仅需要颗粒位置的小的重新排列。第二和第三制度之间的交叉发生在约58体积%的浓度下，其中胶体实验显示所形成的晶体的性质发生显著变化，并且颗粒动力学表明“理想的”玻璃化转变。
2009-08-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Observation of Dirac node formation and mass acquisition in a topological crystalline insulator
在最近发现的拓扑晶体绝缘体（TCI）中，拓扑结构和晶体对称性相互交织，形成具有独特特征的表面态。在对TCI的理论预测中，有可能通过破坏晶体对称性来赋予无质量的狄拉克费米子质量，以及通过费米表面拓扑结构的改变来实现Lifshitz跃迁。在这里，我们报告的TCI，Pb 1-xSnxSe的高分辨率扫描隧道显微镜研究。我们证明了零质量狄拉克费米子的形成保护晶体对称性和质量产生的机制，通过对称性破缺，这构成了TCI的定义特征。此外，我们显示了两个不同的制度的费米分离的Van霍夫奇点在Lifshitz过渡点。我们的工作为在TCI中实现Dirac带隙和相互作用驱动的拓扑量子现象铺平了道路。
2013-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Adaptive mesh computation of polycrystalline pattern formation using a renormalization-group reduction of the phase-field crystal model
我们实现了一个自适应网格算法，用于计算材料加工过程中原子密度场的空间和时间依赖性。我们的数值方法使用系统的重整化群制定的相场晶体模型提供的基本方程的复杂振幅的原子密度场-一个数量，是空间均匀的，除了附近的拓扑缺陷，晶界和其他晶格缺陷。我们的算法是一个混合制定的振幅方程，结合笛卡尔和极分解的复振幅。我们表明，这种方法导致加速三个数量级的多晶畴形成在两个维度的模型计算。
2007-02-07 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS physics.comp-ph
Shotgun crystal structure prediction using machine-learned formation energies
针对传统晶体结构预测依赖大量第一性原理计算、计算成本高的问题，提出ShotgunCSP散弹式非迭代单次筛选方法，结合迁移学习与两种生成模型，在保证93.3%预测准确率的同时降低了计算量。
2024-08-20 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph stat.ML
