Simulated spatial and temporal dependence of chromium concentration in pure Fe and Fe-14%Cr under high dpa ion irradiation
在这项工作中，我们发展了一个从头算的知情率理论模型，跟踪注入离子（Cr+）在Fe和Fe-14%Cr在高剂量辐照过程中的时空演变。我们专注于试样表面的影响，离子诱导损伤的深度依赖性，损伤率，和离子注入的后果，所有这些都影响合金组合物的深度依赖性与持续照射演变。我们调查的材料中的化学偏析的影响，通过考虑辐射引起的缺陷的扩散。此外，我们探讨如何温度，晶粒尺寸，晶界下沉强度，和缺陷产生的偏差修改所得的合金成分的分布。我们的研究结果表明，注入的离子剖面可以是相当不同的预测SRIM注入剖面由于辐射增强的运输和隔离。
2016-07-28 cond-mat.mtrl-sci
A comparison of the magnetic properties of Proton- and Iron-implanted graphite
在这项工作中，我们已经调查了高度取向的热解石墨样品的磁性能的变化后，照射与$\sim 3 \times 10^{14}$质子或$ 3.5 \times 10^{13} ... 3.5 \times 10^{14}$铁离子与能量在MeV范围内。我们的研究结果表明，铁和质子辐照可以产生类似的顺磁贡献取决于注入温度。然而，只有质子会引起铁磁效应。
2008-01-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Position-controlled functionalization of vacancies in silicon by single-ion implanted germanium atoms
半导体中的特殊点缺陷被认为是量子信息技术的合适组成部分。在硅中发现新的、易于激活和控制的深中心是该领域研究的主要目标。空位相关复合物适合于提供深电子能级，但它们很难在空间上控制。为了研究在可控位置具有有意空位相关缺陷的固态器件，本文报道了通过单离子注入Ge原子，产生Ge-空位（GeV）复合物来功能化硅空位。我们研究了硅基晶体管中GeV复合物阵列的量子输运。通过利用一个模型的基础上的扩展哈伯德哈密顿量来自从头算结果，我们发现异常的激活能值的热激活电导的准局域化和离域多体状态，相比传统的掺杂剂。我们确定这样的状态，形成上哈伯德带，负责实验的跨晶体管的亚阈值运输。我们的模型与单离子注入方法相结合，使未来的研究工程的GeV复合物对创造空间可控的个人缺陷在硅中的应用在量子信息技术。
2021-02-04 cond-mat.mtrl-sci
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
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
Vacancy-mediated nitrogen diffusion and aggregation via high-fluence electron beam irradiation in HPHT synthesized diamond crystal
National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；University of Tsukuba（筑波大学）；National Institutes for Quantum Science and Technology（量子科学技术研究开发机构）；Tohoku University（东北大学）
通过室温电子束辐照和退火，研究氮掺杂HPHT金刚石中氮空位中心的形成机制，发现高注量下出现H3中心等未知缺陷，且其形成温度低于常规报道，归因于空位介导的氮扩散与聚集。
2026-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of Irradiation-Induced Defect Landscape through Edge Dislocation and Vacancy Loop Interactions in Tungsten
Indian Institute of Science（印度科学研究所）
本文通过分子动力学模拟研究钨中位错与空位环的相互作用，明确其演化机制，建立原子级障碍强度向介观本构参数的转化框架，为提升聚变堆材料辐照硬化预测能力提供物理基础。
2026-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation Pinning in Helium-Implanted Tungsten: A Molecular Dynamics Study
本文利用分子动力学模拟钨中刃位错与He2V-SIA缺陷团簇的相互作用，揭示了团簇尺寸相关的钉扎及脱钉清除机制，所得硬化力与晶体塑性模型吻合。
2023-04-27 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
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
Photoactivation of color centers induced by laser irradiation in ion-implanted diamond
本文提出利用毫瓦级连续波激光局域辐照，在离子注入金刚石中无需热退火即可直接光激活Mg和Sn相关色心，实现单光子发射器的可控、低成本、原位可监测制备。
2024-09-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Creation of ensembles of nitrogen-vacancy centers in diamond by neutron and electron irradiation
我们通过中子和电子辐照在金刚石中产生了带负电荷的氮空位（NV-）中心的密集系综，用于混合量子系统和磁力测量。我们通过共聚焦显微镜、UV/Vis和FTIR光谱、光学检测磁共振和小角X射线散射表征所产生缺陷的荧光强度、光学和相干特性。我们发现，在中子注量为10^17 cm^-2、电子剂量为10^18 cm^-2、自旋共振线宽为6 MHz的情况下，NV-的密度最高。较低的电子能量增加了处于所需负电荷状态的中心与处于中性状态的中心的比率。在辐照期间在900 °C下退火减小了自旋共振线宽。此外，与中子照射相比，电子照射导致显著更高的光学透明度。
2013-09-02 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
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
Efficient Conversion of Nitrogen to Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond Particles with High-Temperature Electron Irradiation
含有带负电荷的氮空位（NV $^-$）中心的荧光纳米金刚石有希望用于广泛的应用，例如用于感测、作为荧光生物标志物或用于超自旋核自旋。NV $^-$中心由金刚石晶格中的替代氮（P1中心）缺陷和空位形成。使NV的浓度最大化是最有益的，这证明了寻找具有从P1到NV $^-$的高转化率的方法是合理的。我们在这里报告了表面清洁的荧光微米和纳米金刚石的表征，通过用高能（10 MeV）电子照射商业金刚石粉末并在800°C下同时退火获得。使用这种技术并增加辐照剂量，我们证明了NV $^-$的产生，转化率高达25%。最后，我们监测辐射诱导的自旋-1缺陷的产生在微米金刚石颗粒，我们与W16和W33中心，并研究辐照剂量和颗粒尺寸对NV $^-$的相干时间的影响。
2020-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Blue shift of yellow luminescence band in self-ion-implanted n-GaN nanowire
光学光致发光的研究进行自离子（Ga+）注入名义掺杂的n-GaN纳米线。辐照过程中使用了能量为50 keV的Ga+聚焦离子束（FIB），注量范围为1 × 1014 - 2 × 10^16离子cm ^-2。随着能量密度的增加，观察到黄色发光（YL）带的蓝移。施主-受主对（DAP）模型的发射涉及浅施主引入的点缺陷团簇相关的氮空位和可能的深受主镓间隙团簇创建负责的移位。氮气氛中的高温退火通过去除氮空位来恢复YL带的峰位。
2004-02-02 cond-mat.mtrl-sci
From phase transformation to amorphization: damage accumulation in Yb-implanted $β-Ga_2O_3$
National Centre for Nuclear Research（国家核研究中心）；Institute of High Pressure Physics UNIPRESS, Polish Academy of Sciences（波兰科学院高压物理研究所）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗斯多尔夫亥姆霍兹中心）
本研究通过多技术分析Yb注入β-Ga2O3的损伤演化，揭示其相变、缺陷积累及非晶化过程，发现氧化镓辐射耐受性受离子相互作用影响，挑战其高稳定性认知。
2026-08-14 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
Lattice swelling and modulus change in a helium-implanted tungsten alloy: X-ray micro-diffraction, surface acoustic wave measurements, and multiscale modelling
用X射线微区衍射和表面声波谱测量了3110 appm氦离子注入W-1%Re合金后的晶格膨胀和弹性模量的变化。观察到的晶格膨胀的百分之一的分数引起的表面声波速度的一个数量级更大的减少。多尺度弹性，分子动力学，和密度泛函理论模型被应用到解释的意见。测得的晶格膨胀是一致的自间隙和氦填充的空位缺陷，占主导地位的氦注入材料的微观结构的弛豫体积。分子动力学模拟证实了膨胀的弹性模型。注入的表面层的弹性性质也由于缺陷而改变。由密度泛函理论计算预测的表面声波速度的减少与实验观察非常吻合。
2014-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Excitation and recombination dynamics of vacancy-related spin centers in silicon carbide
我们利用电子辐照的方法在高质量的外延碳化硅层中产生与硅空位有关的缺陷。通过控制辐照通量，缺陷浓度在几个数量级上变化。我们建立了这些缺陷的光泵浦的激发分布，并评估了770 nm的最佳激发波长。我们还测量了室温下的光致发光动力学，发现一个单指数衰减的特征寿命为6.1 ns。积分的光致发光强度依赖于线性的激发功率密度高达20千瓦/厘米$^2$，表明这些缺陷的相对较小的吸收截面。
2014-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Absence of ferromagnetism in V-implanted ZnO single crystals
介绍了V掺杂ZnO的结构和磁性。采用离子注入法将V离子引入到水热法制备的ZnO单晶中，注入剂量为1.2*10^16 ~ 6*10^16 cm^-2。在823 ~ 1023 K的高真空中进行了注入后退火。ZnO主体材料在照射后仍然部分地保持在结晶状态，并且通过退火部分地恢复。深度分布俄歇电子能谱显示V离子具有热迁移性。同步辐射X射线衍射表明没有形成第二相，这表明V取代到Zn位点上。然而，在所有的样品中没有明显的铁磁性观察到的超导量子干涉装置磁强计下降到5 K。
2006-12-14 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
Structural manipulation of the graphene/metal-interface with Ar+ irradiation
受控缺陷的产生是详细研究材料中无序效应的先决条件。在这里，我们用低能Ar+照射石墨烯/Ir（111）-界面来研究诱导的结构变化。结合计算机模拟和扫描探针显微镜，我们表明，所产生的无序主要体现在形式的插入金属吸附原子和空位型缺陷的石墨烯。在较高的辐照能量（从1 keV以上）下，一个突出的特征是形成线状凹陷，它由界面内离子通道产生的连续石墨烯缺陷组成-就像石头在水面上跳跃一样。较低的能量导致更简单的缺陷，低至100 eV，其中每三个缺陷中有一个以上是石墨烯单空位。
2013-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Spin-dependent recombination at arsenic donors in ion-implanted silicon
自旋相关的输运过程中产生的低能量离子注入砷在硅中的薄的近表面掺杂区检测两种方法，自旋相关的复合（SDR）使用微波光电导和电检测磁共振（EDMR）监测通过样品的直流电流。这些技术的高灵敏度允许在弱磁场和低共振频率（40-1200 MHz）下观察磁共振，特别是As的磁共振，其中由于电子和核自旋状态的混合，可以观察到磁子状态之间的高场禁止跃迁。在所研究的样品中存在几种重结晶引起的缺陷，并作为自旋读出伙伴。我们明确地证明了这一点，通过电检测电子双共振实验，并确定了一对重组的紧密对所形成的作为施主和氧空位中心的激发三重态（SL 1）作为占主导地位的自旋依赖的过程中注入直拉硅。
2014-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Fermi Level Modulation of Boron Nitride Nanosheets by Vacancy Driven Compressive Strain
研究了氮化硼纳米片（BNNS）中压应变引起的功函数调制。BNNS薄膜在30 keV金束辐照下产生压应变。在辐照之前，通过拉曼光谱、紫外-可见光谱表征BNNS，其中使用Tauc图计算了由商业hBN粉末化学合成的BNNS的带隙，并且还使用利用BNNS的拉曼峰的半峰全宽（FWHM）的经验关系量化了薄膜上的层数。还拍摄了扫描电子显微镜（SEM）图像，其中原始BNNS样品中的层状结构可见，并且见证了BNNS样品上不规则点的辐照诱导变化。使用X射线衍射（XRD）表征BNNS样品，其中描绘了对应于（002）平面的峰以及向更高角度的峰偏移，这表明BNNS中的压缩应变也是可见的。最后，使用SRIM-2013 MC模拟讨论了Au辐照BNNS形成压应变的可能解释。我们已经解释了空位在材料中引起应变，从而降低功函数（WF）。利用扫描开尔文探针显微镜（SKPM）对BNNS表面的功函数进行了测量，发现WF随离子注入剂量的增加而降低。利用功函数值计算了应变值，结果与XRD结果定性一致。
2021-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Hardening and Strain Localisation in Helium-Ion-Implanted Tungsten
钨是未来聚变反应堆中面向等离子体的装甲部件的主要候选材料。在使用中，聚变中子辐照通过碰撞级联产生晶格缺陷。从等离子体注入的氦通过增加缺陷保留来消除损伤。两者都可以用氦离子注入来模拟。在最近对3000 appm氦注入钨（W-3000 He）的研究中，我们假设氦诱导的辐照硬化，然后在变形过程中软化。该假设是建立在观察到的硬度大幅增加，大量堆积和周围的纳米压痕和劳厄衍射测量的局部变形下的压痕形成滑步。在这里，我们测试这一假设，实现它在晶体塑性有限元（CPFE）制定，在W-3000 He在300 K的纳米压痕模拟。该模型认为热激活位错滑移通过氦缺陷障碍，其障碍强度是作为缺陷浓度和形态的函数。只有一个拟合参数用于模拟氦注入钨：缺陷去除率。模拟捕捉本地化的大堆积非常好，并预测有限的领域的晶格畸变和几何必要的位错下的凹痕同意定量与以前的劳厄测量。应变局部化通过高分辨率电子背散射衍射和透射电子显微镜测量从W-3000 He中的纳米压痕中心的横截面抬出进一步确认。
2019-11-23 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
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
Non-invasive transmission electron microscopy of vacancy defects in graphene produced by ion irradiation
用高能离子辐照已被广泛建议作为工程化石墨烯性质的工具。实验表明，它确实对它的输运、磁性和机械特性有很大的影响。然而，使用离子辐照作为工程工具需要对所产生的缺陷的类型和详细特性的理解，这仍然是缺乏的，因为使用高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）-唯一允许直接成像原子级缺陷的技术-经常在成像期间修改甚至产生缺陷，从而使得不可能确定固有的原子结构。在这里，我们表明，将所研究的石墨烯样品封装在另外两个（保护性）石墨烯片之间允许非侵入性HRTEM成像和原子级缺陷的可靠识别。使用这种简单的技术，我们证明了质子辐照石墨烯产生重建的单空位，这解释了这种缺陷对磁性和输运性质的深刻影响。这一发现解决了离子辐照对石墨烯电子结构影响的现有不确定性。
2014-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carrier dynamics in ion-implanted GaAs studied by simulation and observation of terahertz emission
我们研究了砷离子注入GaAs的太赫兹（THz）辐射的实验和三维载流子动力学模拟。通过对砷离子（1和2.4MeV）进行多能重氮化和随后的热退火，在体GaAs样品的光吸收深度上形成了均匀密度的空位。在一系列太赫兹辐射实验中，发现当离子注入剂量从10^13增加到10^16 cm-3时，峰值太赫兹功率的频率从1.4增加到2.2THz。我们使用了半经典的超快载流子动力学的蒙特卡罗模拟重现和解释这些结果。通过考虑载流子在中性和带电杂质处的散射以及载流子在缺陷处的俘获，将离子诱导损伤的影响包括在模拟中。较高的空位浓度和较短的载流子捕获时间都有助于较短的模拟太赫兹脉冲，后者是更重要的实验现实的参数范围内。
2005-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale lattice strains in self-ion implanted tungsten
发展一个全面的理解，通过中子辐照的材料性能的修改是重要的未来裂变和聚变动力反应堆的设计。自离子注入常用于模拟中子辐照损伤，然而一个有趣的问题是离子能量对所产生的损伤结构的影响。随着注入能量的降低，注入层厚度的减小导致了一个重大的困境：是否试图匹配中子辐照或注入过程中产生的初级撞击原子能量，从而产生更厚的损伤层？在这里，我们解决这个问题，通过测量两个离子注入能量，2兆电子伏和20兆电子伏的自离子注入钨，聚变反应堆的第一壁和偏滤器的关键材料的全应变张量。2 MeV和20 MeV注入样品的比较显示，导致类似的晶格膨胀。多反射布拉格相干衍射成像（MBCDI）表明，注入引起的应变实际上是在纳米级的异质性，这表明有一个不均匀分布的缺陷，观察是不完全捕获的微束劳厄衍射。在表面处，MBCDI和高分辨率电子背散射衍射（HR-EBSD）应变测量在应变分布的这种聚类/非均匀性方面相当一致。然而，MBCDI显示，在更深的样品中的非均质性是远远大于在表面。这种技术的组合提供了一个强大的方法，详细调查的微观结构的损伤所造成的离子轰击，更一般的应变相关的现象，通过任何其他技术无法访问的微体积。
2020-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermal diffusivity degradation and point defect density in self-ion implanted tungsten
使用瞬态光栅光谱（TGS），我们测量暴露于不同水平的20 MeV自离子辐照的钨的热扩散率。每原子位移（dpa）低至3.2 x 10^-4的损伤会导致热扩散率显著降低。0.1 dpa及以上的剂量，直至10 dpa，在室温下从原始值降解约55%。使用动力学理论模型，辐射引起的点缺陷的密度估计的基础上测得的变化，作为剂量的函数的热扩散率。这些预测进行了比较，在透射电子显微镜（TEM）中观察到的点缺陷和位错环密度。分子动力学（MD）的预测相结合的TEM观察，以估计与缺陷簇太小，TEM探测的点缺陷的密度。当这些“看不见的”缺陷占，总的点缺陷密度一致，以及从TGS的剂量范围跨越3个数量级的估计。动力学理论模型也被用来估计预期由于TEM可见和不可见的缺陷的热扩散率退化。精细分布的不可见的缺陷似乎发挥更重要的作用，在热扩散率降低比较大的TEM可见位错环。这项工作证明了TGS的能力，结合动力学理论模型，提供快速，定量的洞察缺陷密度和辐照材料的性能演变。
2020-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Calculation of the substitutional fraction of ion-implanted He in an Fe target
离子注入技术是研究核材料辐照损伤的一种有效手段。为了研究核聚变条件下的He效应，He与损伤离子共同注入，以在所需或可用的深度范围内再现正确的He/dpa比。然而，这些He离子的短期命运，即在它们自己的碰撞阶段的时间尺度上，尚未明确建立。在这里，我们提出了一个原子的研究，他在Fe衬底注入的短期演变，以近似的条件下遇到的双离子注入研究在铁素体材料。具体来说，我们计算的分数，最终在置换位点后不久，即在他们有助于长期的微观结构的演变。我们发现，大多数植入研究的预期分数最多为3%。此外，我们进行了一个详尽的计算，在矩阵空位附近的间隙他迁移能垒，并发现它们从大约20至60毫电子伏取决于分离和取向的He-空位对。
2010-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic measurement of the refractive index of ion-implanted diamond
本文介绍了用变角椭圆偏振光谱法和透射率法测量离子注入金刚石单晶后复折射率的变化。在实部和虚部都发现在增加损伤密度的增加。在250和1690 nm之间的整个波长范围内确定折射率深度变化。从空位密度的依赖性进行评估，突出显示在高损伤密度制度的线性偏差。观察到折射率的实部有相当大的增加（高达5%），这归因于极化率的增加，从而为金刚石中的波导和其他光子结构提供了新的微加工可能性。
2012-02-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Effects of applied mechanical strain on vacancy clustering in FCC Ni
采用分子动力学模拟研究了面心立方（FCC）Ni在机械应变下辐照诱导空位的演化。施加的流体静力应变导致不同的稳定形式的空位簇，即，在应变>= +2%下的空隙和在应变<= 0下的堆垛层错四面体（SFT）。SFT和空洞之间的直接转变表明，增加应变幅度有利于热力学稳定性和动力学演化。计算得到的自由能差能很好地验证了热力学模拟结果，表明熵的贡献对FCC Ni中空位团簇的热力学稳定性起着重要作用.
2020-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Generation of single colour centers by focussed nitrogen implantation
用氮离子注入法在金刚石中产生了单缺陷中心。用单缺陷中心荧光显微镜对缺陷进行了研究。光学和EPR谱明确地表明，所产生的缺陷是氮空位色心。氮通量的分析与氮空位中心的数目的测定一起产生，平均每个缺陷中心需要注入两个2 MeV的氮原子。
2005-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Modified deformation behaviour of self-ion irradiated tungsten: A combined nano-indentation, HR-EBSD and crystal plasticity study
预测辐照损伤引起的材料性质的急剧变化是未来核裂变和聚变反应堆设计的关键。自离子注入是一种模拟中子辐照效应的有吸引力的工具。然而，注入样品的损伤层只有几微米厚，使得难以估计宏观性能。在这里，我们使用实验和建模技术相结合来解决这一挑战。我们专注于自离子注入钨，融合装甲组件和原型bcc材料的领跑者。为了捕获剂量依赖性的性质的演变，我们实验性地将样品的损伤水平从0.01 dpa到1 dpa。颗粒的球形纳米压痕<001>显示硬度增加到0.032 dpa的剂量，超过该剂量它饱和。AFM测量显示堆积增加到相同的剂量，超过该剂量，可以看到大的堆积和滑动台阶。基于观察，我们开发了一个晶体塑性（CPFE）模型的辐照材料。它捕获辐照诱导硬化，然后通过辐照缺陷和滑移位错的相互作用的应变软化。辐照缺陷的剪切阻力来自于类似辐照样品的TEM观察。模拟了剂量为0.01，0.1，0.32和1dpa的原始钨和注入钨的纳米压痕。将两个模型参数与0.01 dpa样品的实验结果拟合，并对所有其他剂量保持不变。CPFE模型预测的峰值载荷、裂纹表面轮廓和损伤饱和度与实验观测结果非常吻合。预测的晶格畸变和位错分布在压痕周围同意从HR-EBSD相应的测量。最后，利用CPFE模型预测了类似辐照下钨块体材料的宏观应力-应变响应。
2020-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Fragmenting Diffusion Pathways Confers Extraordinary Radiation Resistance in Refractory Multicomponent Alloys
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；University of New Mexico（新墨西哥大学）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Stony Brook University（石溪大学）；University of Arizona（亚利桑那大学）；Los Alamos National Lab（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of Tennessee, Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校）
通过碎裂扩散路径，研究发现多组分合金能显著提高辐射抗性，为设计抗辐射材料提供了新思路。
2026-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Piezospectroscopy and first-principles calculations of the nitrogen-vacancy center in gallium arsenide
在掺氮或注氮的GaAs单晶中存在氮空位（NV）中心。氮的局部振动在638 cm $^{-1}$处产生尖锐的红外吸收带，由于相邻的$^{69}$ Ga和$^{71}$ Ga主体同位素的不同质量而呈现精细结构。晶体学方向的压电光谱研究<100>证明了该中心具有C $_\text{3v}$点对称性，这是弱扰动的同位素效应。应力引起的位移的一些带组件显示出一个不寻常的非线性行为，可以解释的同位素和应力分裂之间的耦合。第一性原理密度泛函理论的计算是完全符合实验和确认的C $_\text{3v}$对称性，所造成的氮原子从阴离子晶格位置向最近邻Ga平面的弛豫。GaAs中的NV中心在结构上类似于金刚石中的相同中心。$-3$的电荷状态是最稳定的几乎所有的费米能级的位置。
2018-02-06 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
Simulation of the nanostructure evolution under irradiation in Fe-C alloys
中子辐照引起钢的纳米结构变化，这是这些材料在核电厂运行期间经历的机械降解的起源。这些影响中的一些可以通过使用铁-碳系统作为模型合金来研究。目标动力学蒙特卡罗技术已被证明能够以一种现实和定量可靠的方式模拟整个辐照过程。我们已经开发了一个模型，用于模拟Fe-C系统使用的物理描述的性质的空缺和自填隙原子（SIA）集群，基于选择的最新数据从原子的研究和其他可用的实验和理论工作从文献。基于这些数据，碳对辐射缺陷演化的影响已在很大程度上被理解为形成不动的复合物与空位，反过来作为陷阱SIA集群。据发现，这种效果可以引入使用通用陷阱SIA和空位簇，结合能取决于集群的大小，也选择在以前进行的原子研究的基础上。该模型被证明是合适的再现低温（<350 K）中子辐照实验的结果，以及相应的辐照后退火高达700 K，在缺陷团簇密度和尺寸分布方面，从文献中的实验数据相比。陷阱的使用证明有助于我们的模型。
2013-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Photochromism in single nitrogen-vacancy defect in diamond
研究了金刚石单氮空位光学中心的光致变色现象。时间分辨光谱表明，在514 nm的强烈照射开关的氮空位缺陷的负形式。这种缺陷态在黑暗条件下弛豫回到中性形式。由光学中心的不同电荷状态发射的光子的时间关系明确地表明，氮空位缺陷占575 nm和638 nm的发射带。讨论了含氮给体光致变色的可能机理。
2005-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Defect-engineering hexagonal boron nitride using low-energy Ar+ irradiation
该研究利用低能 Ar+ 辐照对悬浮单层 hBN 进行缺陷工程，通过自动化 STEM 定量比较辐照前后缺陷浓度与类型，证明简单离子辐照已具备缺陷类型选择性。
2024-04-10 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
Hydrogen and vacancy clustering in zirconium
用从头算方法研究了六方密排锆中溶质氢对空位团稳定性的影响，包括H振动的贡献。密度泛函理论中的原子模拟证明了H与小空位团簇的强结合。氢对大空位环的影响通过其与堆垛层错的相互作用来模拟。的热力学模型的H偏析的各种故障，依赖于从头计算结合能，表明这些故障是丰富的H，导致堆垛层错能的减少。这与实验观察到的空位环对H的捕获是一致的。更强的捕获，从而更强的稳定，是获得的空位环躺在基面，即负责在高辐照剂量下观察到的脱离生长的环。
2015-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Hexagonal-to-Cubic Phase Transformation in GaN Nanowires by Ga+-Implantation
研究了聚焦离子束辅助Ga ~+注入GAN纳米线中的立方相转变。光学光致发光和阴极发光的研究，以及高分辨率透射电子显微镜结构的研究，以确认相变。在一种可能性中，来自注入源的Ga的充分积累可能降低了表面能并同时稳定了立方相。其他潜在的原因可能是，在短程有序的波动引起的增强动态退火（缺陷湮没）与辐照过程中稳定的立方相，并导致相变。
2004-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Single-atom spectroscopy of phosphorus dopants implanted into graphene
现代半导体技术成功背后的关键之一是硅的离子注入，这使得其电子特性可以定制。出于类似的目的，在生长期间和使用生长后方法都将杂原子引入碳纳米材料中。然而，由于样品的性质，确定杂原子是否已按预期并入晶格中具有挑战性，迄今为止直接观察仅限于N和B掺杂剂以及附带的Si杂质。此外，由于需要非常低的离子能量和原子级清洁的表面，这些材料的离子注入更具挑战性。在这里，我们提供了第一个原子分辨率成像和电子能量损失谱（EELS）的证据，磷原子纳入石墨烯晶格的低能离子辐照。测得的P的单原子EELS光谱图的L-边缘响应显示出良好的协议与从头算光谱模拟，最终确定在一个屈曲的替代配置的P。我们的研究结果证明了磷作为$sp^2$键合碳结构中的晶格掺杂剂的可行性，并为进一步的研究提供了明确无误的指纹。
2016-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Ion irradiation and implantation modifications of magneto-ionically induced exchange bias in Gd/NiCoO
通过离子迁移对磁特性的磁离子控制已经显示出在节能自旋电子器件中实现新功能的希望。本文研究了氦离子辐照和氧离子注入对Gd/Ni $_{0.33}$ Co $_{0.67}$ O异质结磁致交换偏置效应的影响。使用$He^+$的辐照由于应变弛豫导致Ni $_{0.33}$ Co $_{0.67}$ O晶格的膨胀。在低He+通量（$\leq$ 2 $\times$ 10 $^{14}$ ions cm $^{-2}$）下，由于增强的氧迁移，氧化还原诱导的界面磁矩最初增加。在较高的能量密度下，交换偏置由于钉扎的未补偿界面Ni $_{0.33}$ Co $_{0.67}$ O自旋的减少而被抑制。对于氧注入的样品，初始晶格膨胀低于5 $\times$ 10 $^{15}$ cm $^{-2}$的剂量，随后在较高的剂量由晶格收缩和相分离成NiO和CoO富相，这反过来又改变了交换偏置占主导地位。这些结果突出了离子辐照和注入的可能性，作为一种有效的手段来定制磁离子效应。
2021-08-23 cond-mat.mtrl-sci
Optimizing the formation of depth-confined nitrogen vacancy center spin ensembles in diamond for quantum sensing
金刚石中的氮空位（NV）中心的自旋系综正在成为强大的基于自旋的传感器，用于具有高空间和时间分辨率的磁场、电场和热场成像。在这里，我们的特点形成的深度限制NV中心合奏，激活的等离子体增强化学气相沉积与氮共掺杂生长的金刚石层中的电子辐照。要做到这一点，我们利用高磁灵敏度的合奏NV中心探测他们的自旋环境作为生长和辐照参数的函数。我们设计了一个NV系综，其磁灵敏度在静态NV-NV偶极相互作用极限的两倍之内，从而展示了一个强大的量子传感平台。
2019-01-31 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
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
Characterization of the recovery of mechanical properties of ion-implanted diamond after thermal annealing
由于其出色的机械性能，金刚石和类金刚石材料发现了重要的技术应用，从成熟的工业领域（切割工具，涂层等）到更先进的机械设备，如微和纳米机电系统。高能离子的使用是制造三维微机械结构的一种强大而通用的工具。在这种情况下，它是最重要的是有一个准确的知识，离子诱导的结构损伤的影响，这种材料的机械性能，首先预测潜在的不希望的副作用的离子注入过程中，并可能定制所需的机械性能的制造设备。我们提出了一种原子力显微镜（AFM）表征的独立的悬臂梁在单晶金刚石获得的FIB辅助剥离技术，它允许确定的金刚石晶体的杨氏模量后，MeV离子辐照过程的同时制造的微结构，和随后的热退火。的AFM测量进行了与光束弯曲技术，并表明，热退火过程中允许的原始晶体的机械性能的有效恢复。
2016-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Effect of vacancies on the mechanical properties of zirconium: An ab initio investigation
核反应堆中锆及其合金的辐照缺陷严重影响其力学性能。然而，点缺陷如何改变力学性能的研究很少。本文基于密度泛函理论系统地研究了空位对α-Zr力学性能的影响。对均匀分布的空缺和空缺组都进行了审议。结果表明，空位的存在会降低材料的体积模量，而提高材料的剪切模量和杨氏模量。基于这些模量，进一步计算了塑性和硬度。随着空位的引入，塑性降低，但硬度增加。然而，当空位浓度大于临界值时，发生延展性的升高和硬度的降低，这指示材料的退化。此外，发现空位导致杨氏模量在3D空间中更各向同性的分布。为了进一步研究空位的聚集如何影响力学性能，预测了二空位和三空位团簇的最稳定构型，其对应于空位的最紧凑分布。与均匀分布的空位相比，空位的聚集将强化上述弹性模量、塑性和硬度的变化。结果表明，空位浓度的增加可能是辐照下力学性能变化的根本原因，而空位团簇的形成则加剧了这种变化。
2016-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Effect of tungsten on vacancy behaviors in Ta-W alloys from first-principles
合金元素在设计具有良好综合性能的面向等离子体材料中起着重要作用。基于第一性原理计算，研究了Ta-W合金中W的稳定性及其与空位缺陷的相互作用。结果表明，W在Ta晶格中呈弥散分布，即使有空位存在，W也不易析出。W和空位的聚集行为受它们的浓度竞争影响。W原子的增加对空位的成团有负面影响，同时也延缓了空位的形核过程，有利于点缺陷的恢复。我们的研究结果与辐照实验中观察到的Ta-W合金中的缺陷演化是一致的。我们的计算表明，Ta是一种潜在的修复元素，可以掺杂到Ta基材料，以提高其抗辐射性能。
2019-06-15 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
Electron-beam-induced adatom-vacancy-complexes in mono- and bilayer phosphorene
该研究针对磷烯缺陷表征与电子辐照缺陷特性研究不足的问题，通过实验观测到60kV电子辐照下单双层磷烯的稳定吸附原子-空位复合体，测得相关参数并结合模拟揭示其复合特性，为缺陷工程化磷烯器件研究提供支撑。
2024-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phase field modelling of microstructure transformations in Zr-Sn alloy during irradiation
Institute of Applied Physics, National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院应用物理研究所）；Sumy State University（苏梅州国立大学）
本研究采用结合反应速率理论和CALPHAD方法的相场模型，三维模拟Zr-Sn合金在热处理和辐照下的微观结构演变，揭示第二相形成及其对辐照剂量的依赖性。
2026-09-30 cond-mat.mtrl-sci
