Unsupervised Machine-Learning Pipeline for Data-Driven Defect Detection and Characterisation: Application to Displacement Cascades
Univ. Lille, CNRS, INRAE, Centrale Lille, UMR 8207 - UMET - Unité Matériaux et Transformations（里尔大学，国家科学研究中心，法国国家农业研究科学与技术研究院，里尔中央理工大学，UMET单位）；EM2VM, Joint laboratory Study and Modelling of the Microstructure for Ageing of Materials（EM2VM联合实验室，微结构老化材料研究与建模联合实验室）；Univ. Lille, CNRS, UMR 8523 – PhLAM – Physique des Lasers Atomes et Molécules（里尔大学，国家科学研究中心，PhLAM单位）
本文提出一种无监督机器学习方法，通过分子动力学数据直接检测和分类位移级联中的缺陷。利用SOAP向量编码局部环境，结合自编码器和UMAP进行异常原子识别与聚类，实现高精度的缺陷表征。
2025-10-28 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Calculation of crystal defects induced in CaWO$_{4}$ by 100 eV displacement cascades using a linear Machine Learning interatomic potential
本文开发机器学习原子间势模拟CaWO$_{4}$中100 eV级位移级联，计算低能核反冲诱导的晶体缺陷储能，并分析其对暗物质和中微子相干散射能谱的影响。
2024-06-28 cond-mat.mtrl-sci hep-ex nucl-ex
Electronic structure study of screw dislocation core energetics in Aluminum and core energetics informed forces in a dislocation aggregate
本文采用实空间无轨道密度泛函理论研究了铝中孤立螺型位错的核心能量和核心结构。使用一个直接的能量为基础的方法，我们估计的核心尺寸的一个完美的螺旋位错$\approx$ 7 $|{\bf b}|$，这是相当大的比以前的估计$1-3~|{\bf b}|$的位移场的基础上。结构弛豫后的完美螺旋分解成两个Shockley分波，从螺旋和边缘分量微分位移图测量的分波分离距离分别为8.2 π ~和6.6 π ~。与以前刃型位错的电子结构研究相似，我们发现弛豫螺型位错的核心能量强烈依赖于宏观形变。接下来，我们使用刃型和螺型位错的核心能量数据与物理上合理的假设，开发一个连续体能量模型的位错聚集。此外，我们使用这个模型在一个离散的位错网络，并从网络的节点位置的核心能量的变化，我们得到的节点核心力，可以直接纳入离散位错动力学框架。根据节点核心力的衰减特性，我们将节点核心力分为三种不同的贡献。其中两个贡献的核心力，都产生于核心能量依赖于宏观变形，不占目前使用的离散位错动力学模型，假设核心能量是一个常数。使用涉及简单的位错结构的情况下，我们表明，从核心能量依赖于宏观变形的核心力的贡献可以是显着的弹性Peach-Koehler力相比，甚至高达位错结构之间的距离$10-15$ nm。
2017-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Radiation Damage Cascades in Fullerite Using Molecular Dynamics
Curtin University（科廷大学）
该研究用分子动力学研究富勒烯中辐射级联，对PKA能量0.1到1 keV模拟，通过特定势描述能量力，跟踪相关量随时间变化表征级联行为，发现富勒烯特殊辐射响应及交联分子数与新sp3原子数的线性关系，算出阈值位移能量与实验相符。
2026-07-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Numerical Investigation of Mechanical Properties of Aluminum-Copper Alloys at Nanoscale
纳米压痕是一种强大的工具，能够提供在纳米尺度上的材料弹性和塑性响应的基本见解。纳米尺度的合金特别有趣，因为原子研究揭示的局部异质性和变形机制为理解硬化机制提供了更好的方法，以构建更坚固的材料。本文采用原子模拟的方法研究了Al-Cu合金中的纳米压痕，通过位错驱动机制研究了加载方向、Cu合金化比例对压痕的影响。此外，一个低保真度的有限元（FE）模型已被开发用于纳米压痕模拟，其中纳米级材料的属性是从原子模拟。材料性能，如硬度和折合模量，计算从FE和MD模拟，然后比较。考虑到这两种数值方法之间的根本差异，从本研究中得到的有限元结果符合相当从MD模拟。这为在不需要高保真度结果的情况下使用FE以减少的模拟时间和成本找到合金的材料特性铺平了道路。计算结果包括载荷-位移分析、位错密度、位错环形核与扩展、应力分布和表面压痕。本文所采用的将原子数据纳入有限元模拟的技术可以进一步扩展，以寻找其他复杂合金材料的力学和断裂性能。
2020-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Incorporating non-adiabatic effects in Embedded Atom potentials for radiation damage cascade simulations
在辐射损伤级联位移尖峰中，离子和电子可以达到非常高的温度并且脱离热平衡。级联的正确建模与分子动力学应允许非绝热的离子和电子之间的能量交换使用一致的模型的电子停止，电子温度上升，和热传导的电子。我们提出了一个方案，用于纠正嵌入的原子势，这些非绝热性能的水平上的二阶矩近似，和bcc过渡金属的德拜温度以上的参数。我们在这里使用Finnis-Sinclair势和Derlet-Nguyen-Manh-Dudarev势作为成键模型，但从它们导出的修正可以应用于任何合适的经验势。
2015-03-03 cond-mat.mtrl-sci
A rational use of BCA code MARLOWE for ballistic effects of ion beam irradiation in the ion mixing formalism: comparison to Molecular Dynamics
了解离子束辐照引起的弹道效应，并将其与诱导结构联系起来，可能是控制和预测辐照材料微观结构的关键。为了这个目的，我们从离子混合形式主义的角度研究了弹道效应。采用二元碰撞近似（BCA）和分子动力学（MD）方法模拟了铜和AgCu合金中的位移级联。我们采用基于BCA的代码MARLOWE，它能够模拟高能量位移叶栅。使用这两种方法对纯铜进行第一组模拟，能量范围从0.5 keV到20 keV。BCA和MD模拟的结果进行了比较，证明合理的参数化MARLOWE是预测。然后仅使用BCA进行第二组模拟。在实验研究之后，AgCu合金经受1 MeV的氪离子。MARLOW模拟结果与实验结果吻合良好。
2016-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Flux effects in precipitation under irradiation - Simulation of Fe-Cr alloys
Fe-Cr合金中富Cr α'相的辐射强化析出是导致硬化和脆化的主要原因，它取决于辐照粒子和每原子位移（dpa）速率。在这里，我们利用Cahn-Hilliard相场为基础的方法，其中包括简单的模型的成核，辐照粒子和速率依赖的辐射增强扩散和级联混合模拟α'的演变中子，重离子和电子辐照。不同的辐射粒子表现出非常不同的级联混合效率。该模型使用中子数据进行了校准。对于在300 °C下10^-^8 dpa/s和10^-^6 dpa/s之间的级联诱导中子/重离子dpa速率，模型预测数密度近似恒定，半径减小，α' Cr成分减小，α'体积分数降低。然后，该模型预测，在大约10^-^5 dpa/s以上的速率下，α'的形成会发生剧烈的转变，而在dpa速率高达10^-^3 dpa/s时，电子辐照（混合较弱）几乎没有影响。这些模型的预测与实验结果是一致的。我们解释的辐射增强扩散，级联混合，和它们的比例，这一切都显着变化的中子和级联诱导离子辐照的相关通量范围内的通量依赖性方面的结果。这些结果表明，级联混合和辐射增强扩散时，必须考虑到试图模拟中子辐照效应，使用加速离子辐照。
2019-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Energy spectra of primary knock-on atoms under neutron irradiation
受到中子辐照的材料将遭受由核反应引发的位移级联引起的损伤的累积。以前，这种损伤累积的主要“测量”是通过每原子位移（dpa）指数。有已知的限制与dpa量及其应用领域，因此本文描述了一个更严格的方法来计算初级原子反冲事件（通常称为初级撞击原子或PKA），导致级联损伤事件的能量和反冲物种的函数的任何模拟或测量的中子辐照方案。通过融合相关材料的例子，它表明，PKA光谱可以是复杂的，涉及许多不同的反冲物种，潜在的质子和中子数从原来的目标核，包括高能量反冲的光发射粒子，如α粒子和质子。探讨了PKA谱随时间、中子场和材料的变化。示例PKA光谱应用于辐射损伤量化使用的二进制碰撞近似和随机集群动力学，从这些不同的方法的结果进行了讨论和比较。
2015-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Toward Generalizable Surrogate Models for Molecular Dynamics via Graph Neural Networks
Merrimack College（梅里马克学院）；West Virginia State University（西弗吉尼亚州立大学）
本文提出基于图神经网络的替代模型，用于高效分子动力学模拟，通过捕捉局部配位和多体相互作用，实现亚埃精度的原子位移预测。
2025-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics simulations of neutron induced collision cascades in Zr - statistical modelling of irradiation damage and potential applications
本文通过大规模分子动力学模拟研究锆中中子诱发碰撞级联，开发了分层随机生成式模型，用于生成初级辐照缺陷的代表性分布，为更高尺度模型提供合成输入和快速近似。
2024-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics simulations of the defect evolution in tungsten on successive collision cascades
本研究使用EAM和机器学习势SNAP模拟钨中连续碰撞级联，发现SNAP势在肿胀和表面缺陷上更符合实验，但预测了大量小固着缺陷。
2024-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Local chemical order suppresses grain boundary migration under irradiation in CrCoNi
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Hopkins Extreme Materials Institute, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学霍普金斯极端材料研究所）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
研究探讨了CrCoNi中局部化学有序对辐照下晶界迁移和稳定性的影响，发现有序合金晶界在化学有序被破坏前保持稳定，而无序合金晶界在少量碰撞级联后开始迁移。
2026-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Transferable Graph Neural Network Surrogates for Molecular Dynamics Across Crystal Symmetries
Merrimack College（梅里马克学院）；West Virginia State University（西弗吉尼亚州立大学）
本研究提出一种可迁移的图神经网络代理框架，直接预测原子位移以模拟分子动力学，无需力评估或数值积分，并成功应用于FCC铝、BCC铁和HCP镁，实现纳秒级稳定传播，展示了跨晶体对称性的通用性。
2026-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Simulations of Collision Cascades in Niobium: Comparing Interatomic Potentials
通过分子动力学模拟比较四种原子间势，研究了铌在1-75 keV碰撞级联中的辐射损伤，发现缺陷产生与势的刚度-范围比及阈值位移能相关，且空位团簇占主导，SNAP势产生高比例C15环。
2025-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Near-surface Thermal Spikes on Radiation Hardness of Gallium Oxide
University of Helsinki（赫尔辛基大学）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）；University of Oslo（奥斯陆大学）
本研究通过机器学习分子动力学模拟和离子束实验，发现氧化镓表面非晶化在致密热尖峰下可胜过结晶化，源于非化学计量比抑制再结晶，为调控辐照条件提供依据。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Effects of training machine-learning potentials for radiation damage simulations using different pseudopotentials
研究了在镍中使用不同赝势计算的DFT数据训练ML势对辐射损伤模拟的影响，发现更硬的赝势影响短程相互作用，导致累积损伤预测存在显著差异，但平均位移阈值能量相似。
2025-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Electronic-mediated nuclear stopping power in proton irradiated water ice
传统上，人们认为快速离子穿过物质的停止可以用两个基本独立的成分来理解，即电子与核。执行广泛的Eklfest MD模拟的质子照射水冰的过程中，准确地描述不仅是非绝热动力学的电子，但也的核，我们已经发现了一个停止机制，涉及的电子和核子系统的相互作用。这种效应是由于辐射引起的电子密度扰动而导致的从抛射体到靶核的动能转移，它与核停止的原子位移和碰撞级联特性有根本的不同。此外，它显示出明显的同位素效应，这取决于目标的组成，主要与轻水相关，而不是重水。这一结果与长期存在的实验结果相一致，这些结果至今仍无法解释。
2023-03-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.med-ph
Effects of Galactic Irradiation on Thermal and Electronic Transport in Tungsten
本研究利用SPTC和N2方法分析低能辐照下钨中空位缺陷对热和电子输运的纳米尺度影响，揭示缺陷依赖的输运行为，为太空材料应用提供高分辨率见解。
2025-02-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Computational study of crystal defects formation in Mo by machine learned molecular dynamics simulations
在这项工作中，我们研究了在室温下，由于在0.5-10 keV的初级撞击原子范围内的中子轰击在结晶钼材料样品中的损伤。我们执行机器学习分子动力学（MD）模拟与以前开发的原子间的潜力的基础上高斯近似势（GAP）的框架。我们利用最近开发的软件工作流程指纹和可视化损伤晶体结构中的缺陷来分析损坏的钼样品通过计算点缺陷的形成过程中和之后的碰撞级联。作为一个基准，我们报告的结果弗伦克尔对（一个自填隙原子和一个单一的空缺）的总数形成和原子位移作为PKA能量的函数。通过使用嵌入式原子方法（EAM）的潜力得到的结果进行比较，讨论机器学习MD模拟的优点和局限性。Frenkel对的形成遵循与PKA能量相关的次线性标度律，其中$E^{0.54}_\mathrm{PKA}$用于GAP MD结果，而$E^{0.667}_\mathrm{PKA}$用于EAM模拟。虽然这两种方法的平均总缺陷数是相似的，我们注意到，MD势模型不同的原子几何形状的复杂的点缺陷，其中crowdions的形成是更有利的GAP潜力。最后，离子束混合结果的GAP MD模拟报告和讨论。
2020-10-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Multi-timescale microscopic theory for radiation degradation of electronic and optoelectronic devices
本文提出了一个多时间尺度的混合模型来研究电子器件的微观性能退化，该模型涵盖了辐射效应研究的三个独立阶段，包括超快位移级联、中间缺陷稳定化和团簇形成以及慢缺陷反应和迁移。在分子动力学计算中，采用了实原子间相互作用势，计算了前两个阶段（100 ns）以及由几百倍晶格常数的层组成的系统.这些准稳态的结果，为个别层输入到一个速率扩散理论作为初始条件，以计算在一个介观尺度的层状结构系统，包括平面偏置位错环和球形中性空隙，在一个更长的时间尺度上的点缺陷的稳态分布。借助于用于描述点缺陷的电子性质的密度泛函理论，在研究电子和光电子器件的退化时考虑了这些缺陷和团簇的所得空间分布，例如，载流子动量弛豫时间、缺陷介导的非辐射复合、电子的缺陷辅助隧穿以及缺陷或带电缺陷拉曼散射。这种理论研究预计将是至关重要的，在充分理解的物理机制，识别缺陷物种，性能退化的场效应晶体管，光电探测器，发光二极管和太阳能电池，并在有效的缓解方法的发展，在其微观结构设计阶段。
2014-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Parameter-free quantitative simulation of high dose microstructure and hydrogen retention in ion-irradiated tungsten
氢同位素被保留在用于聚变发电应用的材料中，随着微结构经受辐照损伤，改变氢脆和氚库存。但是，高度损坏的材料的建模-暴露于超过0.1位移每原子（dpa）-其中观察到渐近饱和，例如钨面临的等离子体在聚变托卡马克反应堆，是困难的，因为一个高度损坏的微观结构不能被视为弱相互作用孤立的缺陷陷阱。在本文中，我们开发的计算技术，找到在高度辐照材料的缺陷含量，而无需可调参数。首先，我们展示了如何产生收敛的高剂量（>1 dpa）的微结构使用的组合的创建-松弛算法和碰撞级联的分子动力学模拟。然后，我们做了强大的点缺陷和空洞区域的简单发展的Wigner-Seitz分解的晶格网站的估计。我们使用我们的估计的空隙表面积来预测钨的氘保留容量作为剂量的函数。然后将其与在290 K下自辐照至不同损伤剂量并在370 K下暴露于低能量氘等离子体的钨样品的3 He核反应分析（NRA）测量进行比较。我们表明，我们的模拟微观结构给出了一个很好的匹配实验数据，与模型和实验显示1.5-2.0原子%，在高剂量极限下，氘仍保留在钨中。
2021-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic insights into Cu segregation effects on irradiation-induced defect dynamics in medium-entropy alloys
Bangladesh University of Engineering and Technology (BUET)（孟加拉国工程与技术大学）
本研究通过混合分子动力学和蒙特卡洛模拟，揭示了Cu偏析对FeNiCu中辐射诱导缺陷演化的影响，发现CSS结构能有效抑制缺陷簇生长并提升抗辐照肿胀能力。
2025-04-26 cond-mat.mtrl-sci
