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
Spectroscopic Signatures of Electron-Phonon Coupling in Silicon-Vacancy Centers in Diamond
金刚石中的空位中心已被证明是量子相干光电子应用的可行的固态平台。在众多的空位中心中，硅空位（SiV）中心作为一种不太受电子-声子相互作用影响的反转对称系统最近引起了人们的广泛关注。尽管如此，声子介导的过程仍然降低了SiV中心的相干特性，然而，由于其微弱的光谱特征，表征它们的电子-声子耦合是极具挑战性的，并且仍然是一个开放的实验问题。在本文中，我们从理论上研究了电子-声子耦合的签名在模拟的线性和非线性光谱的SiV中心。我们演示了如何即使是非常弱的电子-声子相互作用，如在SiV中心，可以完全通过非线性光谱技术的特点，甚至解决不同的精细结构之间的过渡。
2020-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non collinear Magnetism and Phonon Dispersion Relation in Vacancy Induced Phosphorene Monolayer
采用基于rst原理的从头算方法研究了磷分子单分子膜的电子、磁性和线性声子色散行为。磷烯单层膜是一种半导体系统，其禁带宽度随尺寸变化。空位被用来研究单分子层体系的几何和物理行为。计算中包括了纯单层、空位诱导单层和空位诱导掺杂单层。通过优化算法很好地检查了掺杂剂浓度，以保持单层系统的稀磁半导体行为。态密度和分态密度表示系统中各个轨道的贡献。在空位态和掺杂空位态中观察到带闭合性质，表明了扰动相的闭合致密态和金属行为。计算中同时考虑了反铁磁有序和铁磁有序，得到了这两种有序对系统物理性质的影响。根据声子振动态密度和线性色散关系，通过具有线性色散关系的费米面映射了朗道能级分布。线性声子态密度的结果与电子态密度的结果一致。
2018-06-28 cond-mat.mtrl-sci
A DFT+U study on the contribution of 4f electrons to oxygen vacancy formation and migration in Ln-doped CeO2
稀土掺杂形式的二氧化铈（CeO 2）作为固体氧化物燃料电池（SOFC）的潜在候选者是令人感兴趣的，因为其在低于600 °C的温度下相对高的氧离子电导率。目前，计算化学已经达到了一定的成熟度，可以预测实验上难以观察到的材料性质。然而，由于4f电子的强电子相关性，对于CeO 2中掺杂剂对氧离子导电的作用的理解仍然是不完整的，无法进行可靠的定量分析。本文采用密度泛函理论（DFT）和Hubbard U修正方法研究了稀土掺杂CeO 2中的离子/共价相互作用及其对氧离子导电的影响。该研究表明，空4f轨道的可变占据对于早期Ln元素产生共价相互作用是重要的，这些共价相互作用基本上影响氧空位的形成和迁移。这一发现对于理解掺杂CeO 2中氧离子扩散的因素具有重要意义。
2016-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy Relaxation in Cuprous Oxide (Cu$_{2-x}$O$_{1-y}$)
当氧化亚铜（Cu $_2$ O）中的激发空位弛豫时产生声子。时间分辨发光被用来找到激发的铜空位（受体）和氧空位（供体）的陷阱能级和寿命。它也被用来确定典型的能量和声子数的声子脉冲发射的空位。氧化亚铜的空位性质受几个合成参数和温度的控制。我们用瞬态吸收直接证明了氧空位对光的吸收。铜和氧空位的行为不同，部分原因是这两种陷阱从不同的状态捕获载流子。例如，铜空位发光寿命在低温下约为25倍。然而，这两种空位发光是符合泊松多声子发射模型。
2016-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Effect of biaxial strain and composition on vacancy mediated diffusion in random binary alloys: A first principles study of the SiGe system
我们提出了一个系统的研究结果，使用密度泛函理论（在局域密度近似下）的双轴应变和成分的影响上的Si和Ge的自扩散SiGe合金扩散的空位机制。双轴应变依赖的空位形成能与以前的计算重新确认。计算了双轴应变对置换Ge原子与空位相互作用势能的影响。这些计算被用来估计的激活能的变化（由于双轴应变）的自扩散的Si和Ge在Si中的空位机制。计算了空位形成能随组成的变化关系。通过明确考虑第一近邻位置的影响和平均场近似下其他位置的影响，系统地建立了不同局域环境下空位迁移的从头算迁移能垒数据库.基于迁移能垒数据库进行了动力学蒙特卡罗模拟，以确定Si和Ge在SiGe中扩散的激活能的依赖性（对成分）。利用KMC模拟的结果，对SiGe中相关因子随组分和温度的变化进行了详细的研究。这些分析构成了必要的积木，以了解在微观层面上的空缺介导的扩散过程的机制。
2002-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Bond-Strength-Based Understanding of Oxygen Vacancy Migration Barriers in Rutile Oxides
Inha University（仁荷大学）
本文通过结合DFT和键价模型，分析了rutile型3d过渡金属二氧化物中氧空位迁移势垒（E_B）的键强性贡献，提出基于S_c和S_i的平均值可有效估计DFT计算的E_B。
2026-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Interaction of vacancies with grain boundary in aluminum: a first-principles study
基于密度泛函理论，对铝中空位与倾斜晶界的相互作用进行了理论研究。计算并比较了离缺陷最近原子的晶界体积膨胀和空位收缩，发现前者小于后者。计算了晶界各层空位的形成能，发现晶界并不总是空位的汇。事实上，虽然晶界区的其余部分确实吸引空位，但在边界平面上形成空位比在体相中形成空位消耗更多的能量。对有空位和无空位时晶界滑移和迁移的微观机制进行了深入研究。我们发现空位虽然可以通过使滑移和迁移的能垒增加三倍来阻碍晶界运动，但并不能抑制甚至延迟迁移过程。发现位于界面第一层的空位被捕获在层中，不能跟随迁移界面。
2001-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Deterministic Role of Concentration Surplus of Cation Vacancy over Anion Vacancy in Bipolar Memristive NiO
氧空位的迁移在双极忆阻效应中起着重要的作用，因为氧空位可以直接决定许多系统的局部电导率。然而，最近的理论工作表明，氧空位的迁移和阳离子和阴离子空位的共存对于双极忆阻开关的发生至关重要，通常在小尺寸NiO中观察到。到目前为止，解决这一问题的实验工作仍然缺乏。利用导电原子力显微镜和扫描透射电子显微镜结合电子能量损失谱研究了NiO薄膜的双极忆阻开关特性，揭示了Ni空位相对于O空位的浓度过剩决定了NiO薄膜的双极忆阻开关特性。我们的工作支持基于双缺陷的模型，这是理解忆阻器的机制超越了完善的氧空位为基础的模型具有根本的重要性。此外，这项工作提供了一种方法来研究双缺陷对忆阻行为的影响。
2017-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Upscaling DFT-trained machine-learning interatomic potential toward Quantum Monte Carlo accuracy: Sulfur-vacancy migration in monolayer MoS$_2$ as a testbed
Institute of Informatics, Slovak Academy of Sciences（斯洛伐克科学院信息学研究所）；Faculty of Informatics and Information Technologies, Slovak University of Technology（斯洛伐克技术大学信息技术学院）；Computational Science Division, Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室计算科学部）；Institute of Physics, Slovak Academy of Sciences（斯洛伐克科学院物理研究所）
本文提出了一种训练机器学习原子势的方法，以达到量子蒙特卡洛的精度，通过多保真度方法结合高精度QMC能量和处理后的低精度DFT原子力，显著提升了能量和原子力的准确性，并在单层MoS₂中的硫空位迁移测试中展示了接近QMC的精度。
2026-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Site independent strong phonon-vacancy scattering in high temperature ceramics ZrB$_2$ and HfB$_2$
金属和硼空位对ZrB $_2$和HfB $_2$的声子散射和晶格热导率（$κ_l$）的影响相似。这些缺陷挑战了将较大影响与较大缺陷相关联的传统理解。我们发现其根本原因是由硼空位引起的强烈的局域扰动，它大大改变了原子间的力常数。与此相反，在金属空位的情况下，一个长期的，但较弱的扰动。我们表明，这些行为起源于混合金属和共价键的金属二硼化物的性质。在基于Boltzmann输运方程和密度泛函理论的完整的\textit{ab initio}框架下进行了热输运计算。用\textit{ab initio}格林函数方法计算了声子-空位散射。天然同位素和晶界对$κ_l$的影响也进行了系统的研究，但我们发现一个有影响力的作用，空位解释实验中看到的大的变化。我们进一步报告了两个数量级的差异之间的非晶和纯晶体的限制。我们的研究结果概述了这些多功能高温陶瓷的重要材料设计方面。
2022-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Vacancy Induced Flat Phonon Mode at FeSe /SrTiO3 interface
SrTiO_3（STO）的高频光学声子模有助于最近在单层FeSe和STO衬底之间的界面处观察到的高温超导性。然而，这种模式的起源并不清楚。通过第一性原理计算，我们发现在STO衬底的表面层存在一种新的极性声子模，而在STO晶体中不存在这种模式。FeSe/STO界面附近的氧空位驱动该声子模式的色散是平坦的并降低其能量，而STO衬底和FeSe单层之间的电荷转移进一步将其能量降低至81 meV。这个能量与Lee等人的实验值吻合得很好，李等人拟合的声子模是造成所观察到的复制带分离和增加的超导能隙的原因。氧空位诱导的平坦和极性声子模为理解FeSe/STO界面处高Tc超导的起源提供了线索。
2015-03-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Effects of the local chemical environment on vacancy diffusion in multi-principal element alloys
多主元素合金（MPEAs）是一种具有极大组成空间和空间变化的化学环境的新型材料，与传统材料相比，具有优异的性能。然而，由于问题的大规模，从局部化学环境预测基本性质是具有挑战性的。为了研究这个基本问题，我们采用原子模拟（从头算和分子动力学）和卷积神经网络（CNN）的组合，以评估点缺陷和迁移能量在等摩尔CoFeCrNi MPEA。我们展示了如何使用一个小的局部化学环境的子集，可以合理的精度预测点缺陷的能量。使用CNN，我们开发了一个晶格蒙特卡罗模拟，计算迁移路径和扩散率的空缺。值得注意的是，我们的工作说明了如何当地的化学环境导致上升的点缺陷能量，这是负责空位的宏观扩散的分布函数。特别是，我们观察到，空位被困在超级盆地包围的大迁移和低迁移能态。因此，空位扩散率高度依赖于环境，并且对于给定的温度可以改变几个数量级。我们的工作说明了理解MPEAs中的性质的重要性，这取决于局部化学环境和CNN提供计算高维空间中能量的模型的能力，该模型可用于将事物扩展到高阶模型。
2022-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy diffusion in multi-principal element alloys: the role of chemical disorder in the ordered lattice
多主元素合金（MPEAs）的许多所谓的优点，如腐蚀，高温氧化和耐辐照性，是高度敏感的空位扩散系数。类似地，溶质互扩散由空位扩散控制-通常不清楚MPEAs是否真正稳定，或通过缓慢互扩散有效稳定。为这些合金提供的相当大的成分空间使得优化所需的性能成为一项艰巨的任务;理论和计算工具是指导合金开发所必需的。对于扩散，这些工具依赖于给定合金内的空位迁移势垒的知识和对这些势垒如何影响空位扩散率的理解。我们提出了一个广义的空缺扩散理论在崎岖的能源景观，与动力学蒙特卡罗模拟的MPEA空缺扩散配对。的势垒能统计信息的推动弹性带计算中的等原子CoNiCrFeMn合金。理论和模拟表明，空位扩散在固溶体MPEAs不一定是缓慢的，但可以潜在地调整，陷阱模型是一个不充分的解释缓慢扩散的CoNiCrFeMn HEA。这些结果还表明，任何试图忠实地表示扩散相关现象的模型都必须考虑能量景观的全部性质，而不仅仅是迁移障碍。
2020-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion quantum Monte Carlo calculations of SrFeO${_3}$ and LaFeO${_3}$
采用扩散量子蒙特卡罗（DMC）方法计算了SrFeO ${_3}$和LaFeO ${_3}$中氧空位的状态方程、形成能和迁移能垒。计算也进行了各种密度泛函理论（DFT）的近似比较。DMC再现了这些材料的内聚能测量误差低于0.23（5）eV和结构特性的实验值的1%以内。在富氧条件下，SrFeO ${_3}$和LaFeO ${_3}$中氧空位的DMC形成能分别为1.3（1）和6.24（7）eV。类似的计算与半本地DFT近似LaFeO $_3$产生的空位形成能量低1.5 eV。用DMC和DFT近似计算的电荷密度的比较表明，DFT倾向于过离域的电子在有缺陷的SrFeO ${_3}$和LaFeO ${_3}$。DMC和LDA的计算产生类似的空位迁移势垒，表明空间/静电效应主要决定这些材料中的迁移势垒。
2017-07-01 cond-mat.mtrl-sci
The coupling of polarization and oxygen vacancy migration in ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 thin films enables electrically controlled thermal memories above room temperature
本文揭示外延 Hf0.5Zr0.5O2 铁电薄膜中极化与氧空位迁移的耦合机制，实现室温以上具有 1.6 开关比且状态稳定的非易失性电控双态热存储器。
2025-01-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ab initio study of the migration of intrinsic defects in 3C-SiC
采用基于密度泛函理论的从头算方法研究了3C-SiC中本征缺陷的扩散。空位迁移到自己的子晶格。碳分裂间隙和两个相关的硅间隙，即四面体碳协调间隙和<110>定向分裂间隙，被发现是远比空位更流动。在p型和补偿材料中转变成空位-反位复合物的硅空位的亚稳性在动力学上抑制其对扩散过程的贡献。分析了杂质和空位在自扩散中的作用。定性地讨论了掺杂剂扩散的后果。我们的分析强调了基于硅和碳材料的机制的相关性。
2003-09-30 cond-mat.mtrl-sci
An observable for vacancy characterization and diffusion in crystals
为了确定空位在晶体中的位置和表征空位的动力学性质，我们提出用量子探针准粒子的基态密度来表示空位，该量子探针准粒子的哈密顿量与样品中原子产生的势能场有关.在本说明书中，动能项的h^2/2 mu系数是一个可调参数，它控制着势能场相关最小值区域中的密度局部化。基于这种描述，我们推导出一组集体变量，我们用在罕见的事件模拟，以确定一些在二维晶体中的空位扩散路径。我们的模拟结果显示，除了简单的和预期的最近邻跳跃路径，集体迁移机制的空缺。这种机制涉及几个晶格位置，并产生长距离迁移的空位。最后，我们还观察到空位诱导的晶体再取向过程。
2012-11-20 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Ultra-fast Vacancy Migration: A Novel Approach for Synthesizing Sub-10 nm Crystalline Transition Metal Dichalcogenide Nanocrystals
本文提出利用高温下空位超快迁移的固态方法合成亚10纳米晶态TMDCs纳米晶，并通过原位原子级表征揭示其独特的电子结构及限域条件下的缺陷与相演化规律。
2023-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
The Vacancy Effect on Thermal Interface Resistance between Aluminum and Silicon by Molecular Dynamics
跨界面的热输运是微电子学、光子学和热电器件的重要问题，并且在过去已经在实验和理论上进行了研究。采用非平衡分子动力学（NEMD）方法计算了含纳米级空位的铝硅界面热阻（1/G）。计算中考虑了声子-声子耦合和电子-声子耦合。结果表明，空位的存在大大增加了界面热阻。研究和比较了空位的大小和类型的影响。不同类型/尺寸空位的结构，其性能有明显的差异。
2015-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon processes of the silicon-vacancy centre in diamond
研究了金刚石中带负电荷的硅空位（$\mathrm{SiV}^-$）中心的基态和激发态的声子诱导电子动力学。测量了4-350 K温度范围内的光学跃迁线宽、跃迁波长和激发态寿命。利用时间分辨荧光技术测量了它们的基态轨道弛豫速率。建立了$\mathrm{SiV}^-$中心激发态和基态热展宽的微观模型。一个涉及单声子跃迁的振动过程被发现，以确定在低温下的基态和激发态的轨道弛豫率。我们讨论了我们的研究结果在基态量子位态的相干性的影响，并提出了方法来延长相干时间的$\mathrm{SiV}^-$量子位。
2014-11-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Influence of phonon and electron excitations on the free energy of defect clusters in solids: A first-principles study
虽然固体中纳米结构演化的许多过程发生在高温下，但从基态能量学获得的基本数据用于这些现象的建模。为了说明声子和电子激发对缺陷团簇自由结合能的影响，采用第一性原理计算对bcc Fe中的空位-溶质对以及空位和Cu的二聚体、三聚体和四聚体进行了计算.基于等体积（CV）和零压（ZP）条件下含缺陷超原胞在基态的弛豫所确定的平衡原子位置，在简谐近似的框架下计算了声子激发对自由结合能的贡献.电子激发的贡献是使用相应的基态数据的电子态密度。准谐波校正的ZP为基础的结果不产生显着的变化，在相关的应用程序的温度范围内。在1000 K的最大减少/增加的ZP为基础的数据的自由结合能的绝对值相对于相应的基态值被发现的空位-W（43%）/空位-Mn（35%）对。这些结果清楚地表明声子和电子激发对缺陷团簇自由结合能的贡献通常是不可忽略的。空位和铜二聚体、三聚体和四聚体的自由结合能的一般行为与空位-溶质对的自由结合能的一般行为相似。所得结果对研究固体中缺陷团簇的热力学和动力学具有普遍意义。
2016-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Realization of the Switching Mechanism in Resistance Random Access Memory (RRAMTM) Devices: Structural and Electronic Properties Affecting Electron Conductivity in Halfnium Oxide-Electrode System through First Principles Calculations
电阻式随机存取存储器（RRAMTM）器件具有电感应纳米级电阻开关能力，作为未来的非易失性存储器器件已经获得相当大的关注。在这里，我们提出了一种机制，开关的基础上的氧空位迁移驱动的电子性质的变化的过渡金属氧化物（TMO）膜刺激设置脉冲电压。我们使用基于密度泛函理论（DFT）的计算来解释氧空位及其迁移对HfO 2和Ta/HfO 2系统的电子性质的影响，从而创建RRAMTM开关机制的整个故事。计算得到的氧空位迁移的激活能垒与实验得到的置位和复位脉冲电压的结果一致。了解这种机制将有助于有效地实现这些器件中的材料设计。
2011-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Acoustic-phonon-driven spin-lattice relaxation of the hBN boron vacancy in the sub-THz regime
Elmore Family School of Electrical and Computer Engineering, Purdue University（普渡大学埃尔莫电气与计算机工程学院）；Purdue Quantum Science and Engineering Institute (PQSEI), Purdue University（普渡大学量子科学与工程研究所）
研究六方氮化硼中空位硼的自旋晶格弛豫，应用从头算声学模式自旋 - 声子弛豫理论，无需经验参数定量重现$T_1$的磁场和温度依赖性，揭示弛豫由单声子过程驱动，确定面外弯曲声子分支为退相干主源，给出微观解释。
2026-07-09 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Anharmonicity Driven by Vacancy Ordering Unlocks High-performance Thermoelectric Conversion in Defective Chalcopyrites II-III$_2$-VI$_4$
Ningbo University（宁波大学）；University of the Basque Country (UPV/EHU)（巴斯克大学）；Centro de Física de Materiales (CFM-MPC), CSIC-UPV/EHU（材料物理中心（CFM-MPC），西班牙国家研究委员会-巴斯克大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Dartmouth College（达特茅斯学院）；Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；Technische Universität Wien（维也纳工业大学）；Linköping University（林雪平大学）；Suzhou Laboratory（苏州实验室）；Gusu Laboratory of Materials（姑苏材料实验室）
通过结合第一性原理计算与机器学习互原子势，研究II-III₂-VI₄缺陷黄铜矿的晶格热输运和载流子输运性质，发现空位有序增强晶格畸变，导致强非谐振性和金属-阴离子杂化，从而降低晶格热导率并提高ZT值。
2026-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancy-induced structural evolution of SrFeO$_{3-x}$ epitaxial thin film from brownmillerite to perovskite
采用脉冲激光外延技术在SrTiO $_3$（001）衬底上制备了SrFeO $_{3-x}$薄膜。氧空位水平（$x$）通过在不同氧分压下的后退火工艺来控制。我们在$x =$ 0.5下获得了棕钙钛矿（BM）结构，并观察到随着氧浓度的增加，晶体结构从BM演变为钙钛矿（PV）。我们观察到的红外活性声子相对于氧浓度的演变，这是密切相关的通过X射线衍射观察到的结构演变。我们确定了声子使用壳模型计算。此外，我们研究了三个代表性样品的声子模式的温度依赖行为：PV，和两个BM（BM $_{\mathrm{oop}}$和BM $_{\mathrm{ip}}$）与不同取向的氧空位通道。在BM $_{\mathrm{oop}}$样品中，我们观察到一个声子模式，随着温度的降低，它表现出不寻常的红移;这种行为可能是由于FeO $_6$八面体中的顶端氧不稳定性。我们的研究结果提供了重要的信息，在SrFeO $_{3-x}$材料系统的离子导电机制。
2018-08-18 cond-mat.mtrl-sci
A Unified Description of Electron-Phonon Coupling and Ion Migration in Metal Halide Perovskites
Nanjing University of Posts and Telecommunications（南京邮电大学）；The University of Queensland（昆士兰大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；Université catholique de Louvain（天主教鲁汶大学）；Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；Southeast University（东南大学）
该研究开发通用描述将晶格动力学、电子-声子耦合与卤ide离子迁移关联，揭示金属卤化物钙钛矿的两类特性源于共同电子结构框架，为优化软半导体的电荷与离子输运提供了通用微观机制。
2026-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Revisiting the Mechanisms of Thermal Transport in Vacancy-Defective Silicon
本文利用维格纳输运方程研究含空位缺陷硅的热传导，发现空位不仅缩短声子寿命，还通过削弱速度算符主导热导率下降，且非谐性效应会随空位浓度增加由抑制转为增强热导率，挑战了传统声子气体图像。
2025-06-03 cond-mat.mtrl-sci
First-principles transition-state tensorial cluster expansion of vacancy diffusion in Ta-W beyond the kinetically-resolved activation approximation
Clemson University（克莱姆森大学）
本文开发了一种第一性原理框架，通过过渡态张量团簇展开直接学习环境依赖的迁移势垒，无需动力学分辨激活近似，应用于Ta-W体系揭示了溶质捕获与渗流低势垒路径竞争导致的非平凡扩散行为。
2026-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Lattice vacancy migration barriers in Fe-Ni alloys, and why Ni atoms diffuse slowly: An ab initio study
United Kingdom Atomic Energy Authority（英国原子能管理局）；University of Warwick（华威大学）；H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol（布里斯托大学H.H.威尔斯物理实验室）；Northeastern University（东北大学）
通过第一性原理计算研究铁镍合金中Fe和Ni原子的迁移行为，发现Ni原子比Fe原子移动更慢，原因与电子自旋极化结构有关。
2026-05-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Migration barriers for diffusion of As and P atoms in InP and InAs via vacancies and interstitial atoms
本文用密度泛函理论计算InP和InAs中As、P原子经空位和间隙原子扩散的迁移势垒，发现间隙机制能垒更低但形成能更高，两种机制总激活能相当。
2024-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Spin-Phonon Relaxation of Boron-Vacancy Centers in Two-Dimensional Boron Nitride Polytypes
Isfahan University of Technology（伊斯法罕理工大学）；HUN-REN Wigner Research Centre for Physics（匈牙利研究与教育网络维格纳物理研究中心）；Budapest University of Technology and Economics（布达佩斯技术与经济大学）
研究发现二维氮化硼多型体中硼空位中心在rBN中表现出更长的自旋-声子弛豫时间，具有更好的自旋相干特性，适用于量子技术应用。
2025-11-21 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Influence of vacancies on phonons and pressure phase transitions in TiO: a DFT study
近年来，TiO作为薄膜涂层材料由于其良好的物理性能而引起了人们的兴趣。此外，由于本征空位的存在，TiO显示出忆阻特性。为了将这些化合物应用于忆阻开关的有源区，研究它们的动态稳定性具有重要意义。因此，TiO的结构，电子和动力学性质的两个不同的阶段，即立方和单斜结构以及空位，辩论的密度泛函理论的框架。结构计算表明，空位对化合物的体积弹性模量有很大的影响。电子能带结构表明这些结构是金属的。此外，在低于费米能级的这些化合物中，O-2 p和Ti-3d态之间存在能隙，该能隙可以通过空位浓度来改变。声子计算表明，单斜结构是动态稳定的，而立方相是不稳定的，在室温下。考虑到Ti和O空位浓度均为~12.5%，消除立方结构的虚模。此外，在~ 10 GPa的外加压力下，无空位立方结构仍能保持稳定，这与实验结果一致。此外，TiOx化合物的声子色散曲线表明，这些材料不利于导热。压力相变结果表明，在~8 GPa时，TiO发生了从单斜晶向空位立方晶的相变，而在~ 44 GPa时，TiO发生了从单斜晶向无空位立方晶的相变，这与最近报道的结果一致。因此，可以得出结论，工程的空位及其浓度在TiO相可以发挥重要作用，将它们应用于技术应用。
2021-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Coherent phonon motions and ordered vacancy compound mediated quantum path interference in Cu-poor CuIn$_{x}$Ga$_{(1-x)}$Se$_2$ (CIGS) with attosecond transient absorption
本文利用阿秒瞬态吸收光谱在贫铜 CIGS 中观测到黄铜矿相与有序空位化合物相的相干声子运动及量子路径干涉，分离了电子与空穴冷却时间，为飞秒尺度光伏量子相干计量开辟可能。
2025-08-18 cond-mat.mtrl-sci
A permutation invariant collective variable to track and drive vacancy dynamics in simulations of solids
氧化物中的空位动力学对于理解氧化还原反应以及由此产生的忆阻效应或催化活性至关重要。提出了一种跟踪和驱动空位的方法，并将其应用于金红石中氧空位（V $_{\mathrm{O}}$）的亚稳态模拟，证明了该方法的有效性。利用密度泛函紧束缚方法，研究了TiO $_{2}$中氧空位的自由能超平面。我们发现，迁移的V $_{\mathrm{O}}$在TiO $_{2}$是由跳跃与实现的最高数量。自由能分布与最小能量路径一致。
2013-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Decay and Frequency Shift of Inter and Intravalley Phonons in Graphene -Dirac Cone Migration-
通过考虑石墨烯中谷间和谷内声子的自能的解析表达式，我们描述了D，2D和D $'$拉曼谱带随掺杂（$μ$）和光激发能（$E_L$）的变化的行为。比较自能与观测到的二维带宽的$μ$依赖性，我们估计了组成谷间声子在$\hbar vq\simeq E_L/1.6$（$v$是电子的费米速度）的波矢$q$，并得出结论，自能作出了主要贡献（60%）的D和2D带的色散行为。$q$的估计是基于移位狄拉克锥的图像，其中当$μ< (vq-ω)/2$时，满足$q > ω/v$（$ω$是声子频率）的声子到电子空穴对的共振衰减被抑制。我们强调的事实是，在任意$μ$的电子-声子耦合强烈抑制谷间（和谷内纵向光学）声子与$q=ω/v$的衰减。这一特征与谷内横光学声子的发散行为相反，谷内横光学声子的发散行为与等离子体激元的偏振函数非常相似。
2013-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
{\emph{Ab initio} magneto-optical spectrum of Group-IV -- Vacancy color centers in diamond
钻石中的空位色心是快速出现的量子比特，可以用于量子通信和传感器应用。人们迫切需要了解它们的磁光特性，以便为特定量子应用的不同需求选择合适的量子位。在这里，我们提出的结果，从先进的\emph{ab initio}计算的电荷状态的稳定性，零声子线能量，自旋轨道和电子-声子耦合的第四族-空位色心。基于我们的结果的分析，我们开发了一个新的自旋哈密顿量的这些量子比特，它结合了电子的自旋和轨道的相互作用耦合声子超越微扰理论。我们的结果与以前的数据吻合得很好，并预测了一个新的缺陷，量子比特的应用与热初始化的基态自旋和长的自旋相干时间。
2018-04-19 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph physics.comp-ph
Oxygen vacancy formation energies in Sr-doped complex perovskites: ab initio thermodynamic study
La_（1-x）Sr_xCo_（0.25）Fe_（0.75）O_（3-δ）被认为是渗透膜和固体氧化物燃料电池的最佳阴极材料之一。其化学组成的优化是一个具有挑战性的问题。其中一个关键性质是氧空位的浓度，由它们的形成能控制。采用从头计算方法研究了Sr含量从x = 12.5%到50%变化时La_（1-x）Sr_xCo_（0.25）Fe_（0.75）O_（3-δ）钙钛矿中氧空位的形成。形成能作为温度和氧分压的函数，得到不同的化学计量。我们已经表明，声子贡献的自由形成能变得越来越重要的La 1-xSrxCo0.25Fe0.75O3-δ不仅与温度的上升，而且与Sr含量的上升。我们已经表明，由于两个效应：Sr 2+离子的电荷补偿和声子的贡献，随着Sr含量的增加，形成能显着降低。我们已经提出了一个简单的解释声子的作用增加的氧空位形成能量的基础上的声子模式的变化相比，无缺陷的材料。文中还对文献中的实验结果进行了仔细的分析。
2012-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Isotopically varying spectral features of silicon vacancy in diamond
金刚石中的硅空位中心（SiV）具有有趣的振动特征。我们证明，零声子线的位置可以用来可靠地识别硅同位素存在于一个单一的中心。这对于量子信息应用是有意义的，因为只有硅29同位素具有核自旋。此外，我们证明，64毫电子伏线是由于本地振动模式的硅原子。一个本地模式的存在表明一个合理的起源的零声子线的同位素位移。
2014-07-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Effects of pressure on diffusion and vacancy formation in MgO from non-empirical free-energy integrations
利用自由能积分和无可调参数的非经验离子模型，通过分子动力学计算了MgO中空位对形成和迁移的自由能。在0 ~ 140 GPa和1000 ~ 5000 K的压力范围内，得到了MgO的内禀扩散常数。在实验误差范围内，发现与零压扩散数据非常吻合。同系温度模型，它涉及到的熔化曲线的扩散，很好地描述了我们的高压在我们的理论框架内的结果。
1997-06-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Hierarchy of Domain Reconstruction Processes due to Charged Defect Migration in Acceptor Doped Ferroelectrics
用自洽方法研究了受主掺杂铁电体中氧空位迁移引发的极化畴条纹阵列的演化。一个全面的模型的基础上的朗道-金兹伯格-德文郡的方法，包括半导体功能，由于电子和空穴的存在下，和电致伸缩和flexoelectricity的影响，特别是显着的自由表面和畴壁附近。自发形成的域阵列在没有外场的情况下示出进行重建的过程中的退极化场驱动的逐渐的氧空位迁移。在自由铁电表面附近的电荷缺陷积累导致一系列现象：（i）正和负c-畴之间的对称性破缺，（ii）在自由表面处出现有效偶极层，随后形成表面静电势，（iii）畴壁的倾斜和再充电，特别是在较高的受主浓度下明显。由结构的自由能的增益确定的内部偏置场表现出其幅度对时间和掺杂剂浓度的依赖性以及与BaTiO 3中老化的可用实验结果相当。
2019-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orientational migration of halide ion in lead halide perovskites
随着卤化铅钙钛矿太阳能电池的快速发展，有相当多的证据表明，移动离子强烈影响其性能。然而，除了活化能，离子迁移的其他性质大多是探索与第一性原理计算。本文研究了溴化铅钙钛矿单晶微片中卤离子（空位）的迁移。与传统的研究与外部偏置电压，我们引入内置的电位到微孔板通过低能电子束和研究相应的离子迁移。通过沿特定晶面排列电位，在每个电池的未辐照中心处观察到Pb 2+还原为Pb 0，首次证明卤离子的迁移具有优先方向。我们的观察结果与最近的理论模型相一致，并将为提高钙钛矿太阳能电池的性能开辟一条新的途径。
2018-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Fluorescence and polarization spectroscopy of single silicon vacancy centers in heteroepitaxial nanodiamonds on iridium
介绍了一种先进的新材料系统，用于金刚石中单硅空位色心的产生和光谱分析。我们利用微波电浆化学气相沈积法来合成异质磊晶奈米钻石，其尺寸约为。横向尺寸为160 nm，厚度约为75纳米。这些定向的“纳米岛”将来自亚波长尺寸的纳米金刚石的增强的荧光提取与限定的晶体取向相结合。所研究的SiV中心在730-750 nm波长范围内显示窄的零声子线，低至0.7 nm。我们详细研究了单SiV中心的声子耦合和振动边带，揭示了显着的非均匀效应。偏振测量揭示了线偏振光的偏振发光和优先吸收。
2011-10-24 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
The dynamical role of optical phonons and sub-lattice screening in a solid-state ion conductor
本文通过皮秒时间分辨阻抗测量与计算，揭示了 Li0.5La0.5TiO3 中光学声子及电荷转移引起的 TiO6 畸变对降低 Li+ 迁移势垒、增强超快离子迁移的关键作用，并提出一种新的超快光谱探测方法。
2025-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational modes of negatively charged silicon-vacancy centers in diamond from ab initio calculations
金刚石中的硅空位（SiV）中心是一种光致发光（PL）中心，其特征零声子线能量为1.681 eV，可作为固态单光子源，并可能作为量子比特。大部分发光强度出现在零声子线中;然而，大约30%的强度出现在声子边带中。由于声子在该系统的运行中起着至关重要的作用，因此详细了解SiV中心的振动特性是非常重要的。为此，我们进行了密度泛函理论计算稀SiV中心嵌入缺陷的大小为几千个原子的超晶胞。我们发现存在两个非常明显的准局域振动模式（共振）与$A_{2u}$和$E_u$对称性，分别对应于沿着和垂直于缺陷对称轴的Si原子的振动。这些模式的同位素位移解释了实验SiV PL谱中突出振动特征的同位素位移。此外，计算表明，相对于基态，$A_{2u}$模的振动频率在激发态时增加了约30%，而$E_u$模的振动频率增加了约5%.这些变化解释了实验观察到的零声子线能量的同位素位移。我们还强调了从有限大小的超级原胞计算中提取振动共振的同位素位移可能存在的危险，并提出了一种正确做到这一点的方法。
2021-07-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph quant-ph
Assignment of the NV0 575 nm zero-phonon line in diamond to a 2E-2A2 transition
金刚石中单个氮空位缺陷的时间平均发射光谱给出了在637 nm（1.945 eV）处的负电荷态和在575 nm（2.156 eV）处的中性电荷态的零声子线。这通过两种电荷状态之间的光转换发生。由于金刚石中的应变，零声子线被分裂，并且发现两个零声子线的分裂和偏振是相同的。通过对氮空位中心电子结构的观察和考虑，得出中性中心的激发态具有A2轨道对称性的结论。575 nm跃迁到2 E-2A 2跃迁的归属以前尚未确定。
2013-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Libron-phonon coupling and hydrogen-bond dynamics in the vacancy-ordered perovskite (NH4)2SnCl6: a temperature- and pressure-dependent Raman study
Universidade Federal do Ceará（塞阿拉联邦大学）；Instituto de Física da Universidade de São Paulo（圣保罗大学物理研究所）
该研究通过拉曼光谱结合X射线衍射，揭示空位有序钙钛矿(NH4)2SnCl6中NH4+子系统与八面体骨架解耦，其librational运动可通过对[SnCl6]2-模式的重整化被拉曼探测，明确了温度和压力下的耦合规律。
2026-09-01 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the incorporation and diffusion of helium in cubic zirconia
采用基于广义梯度近似的投影缀加波（PAW）方法，通过第一性原理总能量计算研究了氦（He）在立方氧化锆（ZrO）$_{2}$）中的掺入和扩散.本征点缺陷形成能的计算结果表明，立方相ZrO $_{2}$具有较好的抗辐照损伤能力。He杂质的掺入能表明，它最好先占据Zr空位，而溶解能表明，在热力学平衡浓度下，He将被容纳在间隙位。通过计算He在间隙和空位辅助两种机制下的迁移能，我们认为He最有可能通过跳跃通过单个空位扩散。值得注意的是，我们计算的空位辅助扩散能的He是一致的，以及与实验测量。
2010-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy-concentration-dependent thermal stability of fcc-(Ti,Al)Nx predicted via chemical-environment-sensitive diffusion activation energies
本研究通过预测不同空位浓度下化学环境敏感的扩散激活能包络，揭示fcc-(Ti,Al)Nx热稳定性规律，并指出单点激活能结论的局限。
2025-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Theory of Field-Angle-Resolved Magnetoacoustic Resonance in Spin-Triplet Systems for Application to Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
本文基于 Floquet 理论研究 NV 中心自旋三重态与振荡应变场的磁声共振，揭示磁场角度调控的双声子跃迁及自旋—应变耦合探测方法。
2024-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Vibronic states and their effect on the temperature and strain dependence of silicon-vacancy qubits in 4H silicon carbide
碳化硅（SiC）中的硅空位量子比特由于其优异的光学和自旋特性而成为量子技术应用中的新兴工具。在本文中，我们探讨了温度和应变对这些性质的影响，重点是两个硅空位量子比特，V1和V2，在4 H SiC。我们应用超越Born-Oppenheimer近似的密度泛函理论来描述声子辅助下的电子激发态的温度依赖混合。我们得到了V1和V2中心的极化子能隙分别为5和22~meV，这导致了激发态的温度相关退相和零场分裂的显著差异，解释了最近的实验结果。我们还计算了晶体形变对这些发射体的零声子线的影响。我们的预测是这些量子比特对这些效应敏感的任何量子应用的重要组成部分。
2020-04-18 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph quant-ph
Atomistic Mechanism from Vacancy Trapped H/He Atoms to Initiation of Bubble in W under Low Energy Ions Irradiation
通过对H和He引起的能量变化的第一性原理计算，我们证明了在W中，H（最多9个）和He（最多4个）在单个空位（V）中的积累令人惊讶地降低了第一和第二最近空位的形成能（低至0 eV），这为V-H（He）复合物从V-Hn（Hen）突变为V2-Hn（Hen）的机制提供了直接证据，并具有导致H（He）-生长的潜力。空位复合物：这是通往H和He气泡的第一步。这一发现很好地解释了长期存在的问题，为什么H和He气泡暴露在低能量（远低于位移阈值能量）D或He离子照射W表面产生。V-H_（12）（V-He_（14））和附加H（He）之间的排斥（吸引）相互作用进一步说明了实验观察到的H（微米）和He（100埃）气泡在W中的沉积深度的巨大差异，即使He的迁移速率远大于H的迁移速率。
2013-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Characterizing the nitrogen-vacancy center singlet transition and its phonon sideband for absorption-based room-temperature magnetometry
Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF（弗劳恩霍夫应用固体物理研究所）；School of Science, RMIT University（皇家墨尔本理工大学理学院）；College of Staten Island (CUNY)（石溪学院（纽约市立大学））；National Institutes for Quantum Science and Technology (QST)（量子科学技术研究机构）；Physikalisches Institut, Universität Heidelberg（海德堡大学物理研究所）
该研究表征了金刚石NV中心单重态跃迁及其声子边带，开发新型方法测量其室温吸收截面，为基于吸收的室温磁力测量提供关键参数。
2026-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Theory of defect-mediated ionic transport in Li, Na and K beta and beta prime prime aluminas
本研究采用密度泛函理论探究碱金属β/β''型氧化铝的缺陷介导离子输运机制，明确了两相的主导载流子类型，得到扩散活化能下界并预测K基β''型氧化铝的最低活化能约20 meV，揭示了材料的优化潜力。
2023-10-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
