Mechanism of Oxygen Reduction via Chemical Affinity in NiO/SiO2 Interfaces Irradiated with keV Energy Hydrogen and Helium Ions for Heterostructure Fabrication
研究利用低能氢离子和氦离子辐照 NiO/SiO2 界面，通过氢与氧的化学亲和力机制高效还原 NiO 制备铁磁/非铁磁异质结构，发现氢离子所需注量更低。
2025-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Impeding effect of cerium on the growth of helium bubble in iron
我们的第一性原理密度泛函理论计算表明，在体心立方Fe中，稀土元素Ce对He的吸引力（-1.31eV）比He-He的吸引力（-1.18eV）强。因此，移动的He原子可以被钉扎到Ce上，从而减少了He团簇的合并。此外，我们发现，分离的Ce层在He气泡表面提出了一个能量势垒为0.33 eV的即将到来的He原子，从而减缓气泡的生长。
2011-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Helium bubbles in liquid lithium: a potential issue for ITER
本研究通过微观模型模拟发现，在ITER实验条件下的液态锂中会形成半径约10埃的氦气泡，揭示了氦成核行为对聚变堆增殖包层安全与效率的潜在影响。
2023-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Void Nucleation, Growth, and Coalescence in Irradiated Metals
介绍了一种新的计算处理致密，刚性，耦合反应速率方程研究的成核，生长，和可能的合并的空穴在中子辐照金属。辐射损伤模型的创建弗伦克尔对缺陷和氦杂质原子。一个多维的集群大小分布函数允许独立的演变的空位和氦含量的空腔，区分空隙和气泡。一个模型与固着腔和集群集群聚结可能会导致双峰最终空腔尺寸分布与共存的小，高压气泡和大，低压空隙。一个模型，包括不受阻碍的空腔扩散和合并，最终从系统中删除的小氦气泡，只留下大的空隙。空穴聚结也降低了末端空穴密度，并可大大改变孕育期和末端溶胀速率。沉淀物对空隙/气泡的温度依赖性捕获以及吸附杂质和内部气体压力对空隙表面扩散的改变可能会通过其对空腔流动性和聚结的影响引起中间溶胀行为。
2008-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Kinetic Monte Carlo modelling of Helium Bubble Nucleation onto Oxides in the Fe-Ti-Y-O System
建立了一个动力学蒙特卡罗（KMC）模型来模拟中子辐照下嬗变He原子嵌入纳米结构铁素体合金（NFA）的过程。间隙He原子通过NFA迁移，直到被捕获在其他He原子的气泡和辐照产生的空位中。发现NFA中的Y-Ti-O纳米氧化物有效地捕获这些He原子并防止气泡在晶界处形成，并且似乎复制了在其他实验中观察到的特征（尺寸和数量密度）。气泡被发现更喜欢<111>氧化物界面作为成核位点，并且稳定的气泡具有在1.3和1.8 He/Vac之间的He/Vac比。氦泡对溶质向晶界的偏聚或对纳米氧化物的稳定性的影响可以忽略不计。
2022-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Defect-Fluorite Gd2Zr2O7 Ceramics under Helium Irradiation: Amorphization, Cell Volume Expansion, and Multi-stage Bubble Formation
在这里，我们报告了一项研究的Gd 2 Zr 2 O 7纳米晶粒陶瓷的抗辐射增强，其中非晶化，细胞体积膨胀和多级氦（He）泡的形成进行了研究和讨论。合成了一系列晶粒尺寸（55-221 nm）的Gd 2 Zr 2 O 7陶瓷，并用190 keV He离子束以5x10^17 ions/cm 2的注量照射。辐照后细胞体积膨胀的程度和非晶化分数似乎是尺寸依赖性的。随着平均晶粒尺寸从55 nm变化到221 nm，辐照后晶胞体积膨胀率从0.56%增加到1.02%，非晶化率从6.8%增加到11.1%。此外，阈值He浓度（at.在不同的形成阶段和位置的气泡（包括（1）晶界处的气泡、（2）气泡链和（3）晶粒内的带状气泡）的百分比（%）在纳米晶粒陶瓷（55 nm）中都被发现比亚微米样品（221 nm）高得多。我们得出结论，晶界起着关键作用，在最大限度地减少结构缺陷，并抑制多阶段的He气泡形成过程。
2018-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Understanding Fission Gas Bubble Distribution, Lanthanide Transportation, and Thermal Conductivity Degradation in Neutron-irradiated α-U Using Machine Learning
铀锆基金属核燃料是美国下一代钠冷快堆的主要候选燃料。美国研究堆自20世纪60年代以来一直在使用和试验这种燃料类型，并积累了相当多的经验和有关燃料性能的知识。然而，大多数知识仍然是经验性的。对燃料性能的机械理解的缺乏阻碍了UZr燃料用于商业用途的资格。本文提出了一种数据驱动的方法，再加上先进的辐照后检查，由机器学习算法提供动力，通过提供前所未有的量化裂变气泡的新见解来促进这种理解的发展。具体来说，基于先进的后辐射检查数据收集的中子辐照的U-10 Zr环形燃料，我们开发了一种方法来自动检测，分类~19,000裂变气泡到不同的类别，并定量链接的数据，镧系元素蒸腾沿径向温度梯度。该方法是通用的，可以修改，以研究不同的耦合辐照效应，如二次相的再分布和热导率的退化，在辐照核燃料。
2021-04-12 cond-mat.mtrl-sci cs.CV
MX precipitate behavior in an irradiated advanced Fe-9Cr steel: Helium effects on phase stability
本文通过双离子辐照实验研究了氦、温度和原子位移对先进Fe-9Cr RAFM合金中MX析出相行为的影响，发现氦在高温和中等损伤下抑制析出相的辐照增强生长，但在高剂量下对溶解无影响。
2024-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Grain Boundary Anisotropy and Its Influence on Helium Bubble Nucleation, Growth, and Decohesion in Polycrystalline Iron
本研究通过分子动力学模拟和柔性体积度量，揭示了晶界各向异性如何决定氦泡形核、生长及脱聚机制，为设计耐辐射材料提供关键见解。
2026-10-16 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Helium Bubbles in Liquid Lead Lithium Solutions: Pressure Inhomogeneities at Interfaces and Non Ideal Mixture Effects
Polytechnic University of Catalonia–Barcelona Tech.（加泰罗尼亚理工大学）
研究液态铅锂合金中氦气泡的形成机制，通过分子动力学模拟分析氦在不同铅锂体系中的偏析，探讨界面张力与气泡半径在不同热力学条件下的影响。
2026-05-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Estimation of the lifetime of small helium bubbles near tungsten surfaces -- a methodological study
在低能量高通量氦原子辐照下，钨表面氦泡的形成和破裂对聚变堆部件表面的形貌演化和杂质产生起着重要作用。微观上，氦泡的破裂是一个随机过程，氦泡具有统计平均寿命。在本文中，一个分子动力学为基础的方法开发，首次提取，在钨表面附近的He气泡的寿命。结果表明，氦泡破裂可以看作是一个激活事件。它的出现频率，或者说，气泡的平均寿命，遵循阿克里乌斯方程。对于给定的气泡尺寸，激活能与深度呈良好的线性关系，指前因子服从Meyer-Nedle规则。这些结果有助于建立聚变等离子体中杂质产生和元件表面形貌演化的多尺度模拟模型。
2016-03-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Kinetics of helium bubble formation in nuclear materials
用含$k$原子的氦泡数密度的离散动力学方程模拟了钚中氦泡的自辐照形成和长大过程。这些方程的分析表明，气泡尺寸分布函数可以近似为：（i）描述理论的连续极限的偏微分方程的解，但考虑到离散性的影响进行了校正，以及（ii）尺寸空间中分布函数的前进前沿的局部扩展。这两种近似有助于记忆项在一个封闭的积分微分方程的单体浓度的单个氦原子。本边界层理论的离散方程的数值解的完整的动力学模型和以前的近似Schaldach和Wolfer涉及截断系统的力矩方程。
2006-07-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Comparative study on radiation resistance of WTaCrV high-entropy alloy and tungsten in helium-containing conditions
NOMATEN Centre of Excellence, National Centre for Nuclear Research（国家核研究中心 NOMATEN 卓越中心）；National Center for nuclear Research, Materials Research Laboratory（国家核研究中心材料研究实验室）；Department of Applied Physics, Aalto University（阿尔托大学应用物理系）
本研究通过分子动力学模拟发现，WTaCrV高熵合金在含氦和级联重叠条件下比纯钨具有更强的抗辐照性能，有效抑制位错环和间隙原子团簇形成，主要贡献为聚变堆等离子体面对材料的抗辐照机制提供了新见解。
2025-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Advanced Characterization-Informed Framework and Quantitative Insight to Irradiated Annular U-10Zr Metallic Fuels
Idaho National Laboratory（爱达荷国家实验室）
U-10 Zr基金属核燃料是下一代钠冷快堆很有前途的候选燃料，美国爱达荷国家实验室对这类燃料的研究经验可以追溯到20世纪60年代。爱达荷州国家实验室的研究人员已经积累了大量的经验和知识，在工程规模的燃料性能。先进的表征和缺乏适当的数据分析工具的限制，阻碍了对辐照过程中燃料微观结构演变和性能退化的机械理解。本文提出了一种新的工作流程，再加上先进的辐照后检查方法获得的领域知识，提供前所未有的和量化的见解裂变气体气泡和孔隙，和镧系元素分布在一个环形燃料在先进的试验堆辐照。在这项研究中，研究人员确定并确认了含Zr的第二相的存在，并沿着热梯度产生了七种显微结构的定量比率。定量比较了两种U-10 Zr先进燃料样品上裂变气泡的分布。获得了结论性的发现，并允许基于两个先进样品的约67，000个裂变气泡来评估镧系元素通过连接气泡的运输。
2022-10-17 cond-mat.mtrl-sci cs.CV
Graph neural network prediction of temperature-dependent hydrogen diffusion and thermal conductivity tensors of tungsten containing helium bubbles and grain boundaries
Graduate School of Science and Engineering, Yamagata University（山形大学理工学研究科）；National Institute for Fusion Science（国立研究開発法人核融合科学研究所）
本研究提出一种图神经网络代理模型，可快速预测含氦泡和晶界钨的温度相关氢扩散与热导率张量，大幅提升计算效率，为聚变偏滤器部件尺度分析提供支撑。
2026-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Cross-sectional helium irradiation reveals interface-controlled bubble evolution in Cr/CrAlSiN multilayer coatings on zirconium alloys
Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences（中国科学院宁波材料技术与工程研究所）；Ningbo University of Technology（宁波工程学院）；Harbin Engineering University（哈尔滨工程大学）；Southwest University of Science and Technology（西南科技大学）；Czech Technical University in Prague（布拉格捷克理工大学）；Qianwan Institute of CNITECH（国创中心千湾研究院）；Advanced Energy Science and Technology Guangdong Laboratory（先进能源科学与技术广东省实验室）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；University of Southampton（南安普顿大学）
本研究通过横截面氦辐照揭示Cr/CrAlSiN多层涂层在锆合金界面的气泡演变，发现多层结构能有效抑制气泡积累，提升界面稳定性。
2026-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion and transformation kinetics of small Helium clusters in bulk Tungsten
通过核聚变生产能源对材料在极端条件下的稳定性和性能提出了严重挑战。特别是，已知用高剂量的He离子不断轰击反应器的壁会导致其微观结构的破坏性变化。这些变化是由于He聚集成气泡，这些气泡可以生长和起泡，可能导致等离子体污染或其机械性能下降。我们通过计算研究了W中He原子小团簇在与聚变能产生相关的条件下的行为。使用广泛的技术，我们调查的热力学的集群和它们的动力学方面的扩散，增长，和分手，以及突变成纳米气泡。我们的研究提供了必要的成分来模拟早期阶段的He暴露导致He气泡的成核。
2014-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Role of Helium Bubbles and Voids on the Property of Nanocrystalline Tungsten
本研究通过原子级模拟，揭示了氦注入对纳米晶钨力学性能的双重影响：低浓度无害，高浓度导致脆化和软化，为聚变反应堆面向等离子体材料的设计提供参考。
2024-03-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Effect of gallium doping on bubbling and helium retention in aluminum exposed to low-energy helium plasma
本文研究了室温下低能He等离子体辐照纯铝和铝镓（Ga）合金固溶体时的表面鼓泡和氦滞留现象。表面形貌观察表明，辐照后，在Al-1.8at.% Ga合金的尺寸约为1.8 μ m，比纯Al的尺寸小，Ga掺杂显著增加了气泡的面密度。热脱附谱表明，在Al-1.8at.% Ga合金的He解吸峰为1.77E21He/m2，比纯Al高近3个数量级，而Al的He解吸峰为1.8at.% Ga合金的温度为480 K，远低于纯Al的580 K，慢正电子湮没谱（SPAS）结果表明，Ga掺杂导致的晶格畸变是由He等离子体辐照引入的空位型缺陷决定的，Ga掺杂对Al-1.8at.%的表面鼓泡和He保留特性起着重要作用佐治亚州
2019-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Asymmetrical Defect Sink Behaviour of HCP/BCC Zr/Nb Multilayer Interfaces: Bubble-Denuded Zones at Nb Layers
本文通过实验与模拟结合，揭示了ZrNb多层膜中因Nb层缺陷迁移势垒较低而在界面形成气泡贫化区的非对称辐照损伤机制，证明其抗辐照硬化与氦保留性能优于单晶和多晶材料。
2025-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Study of helium irradiation induced hardening in MNHS steel
用200 keV氦离子辐照新近研制的低活化铁素体/马氏体钢MNHS，在450 ℃时的注量分别为1 E21 ions/m^2，在300 ℃和450 ℃时的注量分别为1 E20 ions/m^2。通过纳米压痕测量结合透射电子显微镜（TEM）分析研究了该钢的辐照硬化。基于TEM分析，采用弥散势垒硬化（DBH）模型预测硬度增量。预测的硬度增量与纳米压痕测试得到的值是一致的。结果表明，位错环和氦泡是阻碍位错运动的硬屏障，是氦辐照强化的主要原因。氦泡的阻碍强度大于位错环的阻碍强度。
2015-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Changes in Dislocation Punching Behavior Due to Hydrogen-Seeded Helium Bubble Growth in Tungsten
本文通过分子动力学模拟研究了钨中 He-H 混合气泡的生长行为，发现 H 的引入使位错类型从可滑移的 1/2<111> 转变为不动的 <100>，从而可能显著减少钨表面形貌损伤并影响 H 的捕获。
2024-07-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Elucidating the Degradation Mechanism of Gd2Zr2O7 Waste Form under Multi-Energy He Ion Irradiation
研究了固载TRPO（50wt%）的Gd_2Zr_2O_7废料在多能He离子辐照下的显微结构和氦鼓泡演化。三个结构异质区域的Gd 2 Zr 2 O 7废物的形式被发现作为从氦辐照表面的深度的函数。具体地，在He辐照表面（区域I）下方小于40 nm的深度处，Gd 2 Zr 2 O 7废物形式是完全无定形的，具有大的球形He气泡（5-25 nm）。在中间区域，区域II，（40-800 nm）部分非晶化的Gd 2 Zr 2 O 7废物形式伴随着带状He气泡，可能会导致微裂纹的形成被观察到。对于大于800 nm的深度，在区域III中结晶度不受影响。对于第一次，我们阐明，Gd 2 Zr 2 O 7废物的形式，这被认为是在100 dpa的结构完整，是完全非晶化在6.5 dpa的协同位移损伤，电子能量损失，和他的浓度启用。该研究为Gd 2 Zr 2 O 7废料在多能He辐照下的非晶化和He气泡形成机制提供了新的物理见解，这对于耐辐照陶瓷废料基质的设计和优化至关重要。
2022-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Radiation damage effects on helium diffusion in zircon
利用分子动力学模拟的数据，研究了辐射损伤对氦在锆石中扩散的影响。我们观察到的氦扩散的活化能的增加，作为辐射损伤和增加结构无序的结果。在一个严重损坏的区域中的活化能是小于在一个完全无定形的系统，这是相关的损坏的结构中的阳离子亚晶格中不存在的完全非晶化的系统中的剩余顺序。活化能的降低与晶体中存在的快速扩散途径的消失有关。与活化能的变化相一致，我们观察到氦原子在受损结构中的积累，并讨论了这种效应对氦气泡形成和锆石作为核废料封装材料的性能的影响。
2021-04-26 cond-mat.mtrl-sci
A modified formula for non-Arrhenius diffusion of helium in metals
氦在金属中的扩散是气泡成核和生长的基本条件，而气泡的成核和生长会对反应堆结构材料的力学性能产生不利的影响。基于晶格的动力学蒙特卡罗方法被广泛用于研究氦空位团簇的演化。然而，由于低能势垒的存在，用阿克里乌斯定律来预测单个间隙氦溶质在金属中扩散的事例率并不总是合适的。基于一个随机模型，从余弦型势面上的布朗运动导出了一个修正公式。利用分子动力学模拟得到的单个氦溶质在BCC W中扩散系数的参数，我们的模型预测结果与动力学模拟和前人模型的结果一致。这项工作将有助于发展一个更准确的KMC计划的氦空位集团的增长，以及其他低能量反应在材料科学。
2019-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Defect Sizing, Separation and Substrate Effects in Ion-Irradiated Monolayer 2D Materials
在当代材料科学中，二维纳米材料的精确和可扩展的缺陷工程是非常受欢迎的。在这里，我们提出了缺陷工程单层石墨烯和二硫化钼（MoS $_2$）的照射与惰性气体离子在30千电子伏。在气体场离子源显微镜中使用两种不同质量的离子种类：氦（He $^+$）和氖（Ne $^+$）。使用拉曼光谱进行了详细的研究，所引入的缺陷尺寸和所产生的缺陷间的距离与逐步上升的离子剂量。扩展现有的模型，我们发现，平均缺陷尺寸是相当小的支持比独立的石墨烯和缺陷的生产率更大。我们的结论是，从基板的二次原子在缺陷产生中发挥了重要作用，相对于由初级离子束所产生的缺陷，产生更小的缺陷。此外，一个类似的模型也适用于支持的MoS $_2$，另一个有前途的成员的二维材料家族。两种离子的缺陷产率获得的MoS $_2$，证明它们与材料的不同的相互作用，并促进与文献中的其他照射条件的比较。
2018-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Inner structure of ZnO microspheres fabricated via laser ablation in superfluid helium
在超流氦中激光烧蚀制备的ZnO微球中存在气泡状空隙。即使是在发光中显示出清晰的回音壁模式共振的微球也有空隙。我们的分析证实，空隙位于远离表面，并有回音壁模式共振的影响可以忽略不计或很小，因为电磁能量定位在这些微球的表面附近。空隙的存在表明在微球形成期间氦气或任何蒸发的靶材料存在于熔融微粒内。
2017-03-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
In situ $He^{+}$ irradiation of the double solid solution $(Ti_{0.5},Zr_{0.5})_{2}(Al_{0.5},Sn_{0.5})C$ MAX phase: Defect evolution in the 350-800 °C temperature range
使用6 keV $He^{+}$离子，在透射电子显微镜（TEM）中原位照射双固溶体$(Zr{_0.5},Ti{_0.5})_{2}(Al_{0.5},Sn_{0.5})C$ MAX相的薄箔，直至$1.3\times10^{17} ions$ $cm^{-2}$的能量密度（${\sim}$ 7.5 dpa）。在350-800 °C的温度范围内进行辐照。原位和辐照后检查（PIE）的TEM被用来研究辐照引起的缺陷作为剂量和温度的函数的演变。观察到球形He泡及其弦状排列、He片晶和位错环。发现脱位环段位于非基底平面。在辐照温度${\geq}$ 450 °C下，由于He气泡偏析，局部观察到晶界撕裂。然而，撕裂并没有导致穿晶裂纹扩展。在450 ° C和500 °C下照射时，选定区域电子衍射图案中的特定斑点的强度减弱，表明晶体对称性增加。在700 °C以上没有观察到这一点，表明在所研究的温度范围的高端有损伤恢复。在先前在700 °C下辐照的箔的PIE期间进行的高分辨率扫描TEM成像显示，在7.5 dpa $He^{+}$辐照后保留了MAX相的化学有序性和纳米层压。作为温度和剂量的函数的He血小板和球形气泡的尺寸分布进行了评价。
2021-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Surrogate representation of sink strengths and the long-term role of crystalline interfaces in the development of irradiation-induced bubbles
本文讨论了一个早期的尝试，用机器学习表示的代理模型代替速率方程中基于解析的汇强度项。在这里，我们强调，在多尺度建模的背景下，结合使用机器学习与尺度分析，通过它的一组精细分辨率的偏微分方程描述的（准稳定）短期个人汇行为的问题可以从平均场动力学渐近排序。因此，机器学习的训练是限制性的，也就是说，表达局部的和已经确定的，但分析上不可用的非线性函数关系之间的汇强度和其他局部连续场量。与训练的模型，一个是能够定量调查的偏见的影响所示的空隙/气泡是一个点缺陷汇，并与现有的研究情况下的结果进行了比较。此外，晶体界面上的更快的扩散机制是由局部平面速率方程来模拟的，它们与体扩散速率方程的联系是通过跨界面的点缺陷浓度的导数跳跃来制定的。因此，可以研究结晶界面作为部分汇和快速扩散通道的独特作用。方法上，目前的治疗也适用于研究更复杂的情况下观察到的长期汇行为的辐照材料。
2020-09-22 cond-mat.mtrl-sci
A practical coarse-grained formula for classical mobility of interstitial helium diffusion in BCC W and Fe
氦在金属中的扩散是气泡成核和生长的基本条件，而气泡的成核和生长会对反应堆结构材料的力学性能产生不利的影响。多尺度模拟方案已经发展到研究氦的长期微观结构演变的影响。然而，由于低能势垒的存在，基于准平衡反应过程的阿克里尼乌斯定律并不适用于氦在金属中的迁移行为。需要一个粗粒度的公式来包含非平衡性质，例如，耗散摩擦系数$γ$。本文基于周期势上布朗运动的粗粒模型，根据多体动力学系统中热激发的耗散特性，通过构造绝热弛豫过程，导出了$γ$的解析表达式，并用体心立方W中空位迁移的数值例子加以证实.然后对氦在体心立方W和Fe中的迁移进行了多体动力学模拟，得到了经典的迁移率，与实验和其他计算结果吻合较好。最后，我们提出了一个粗粒度的公式，氦在BCC W和Fe中的迁移，即，当量(47)在上下文中，使用从绝热弛豫模拟计算的参数。这一工作将有助于发展一种新的多尺度模拟方案，以模拟氦在金属中的作用，以及材料科学中低能途径的原子反应。
2018-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics and OKMC Study of Radiation Induced Motion of Voids and He Bubbles in BCC Iron
我们发现，邻近辐射损伤级联的空隙可以在其整体移动几个晶格间距。这是使用分子动力学级联模拟铁在1-5千电子伏的能量。利用OKMC程序进一步研究了这一机制的影响，结果表明，从1 × 10 ^-22 cm ^2/s到3 × 10 ^-20 cm ^2/s，空穴扩散增强了2个数量级。重复对He气泡的研究表明，空隙中存在氦气会抑制运动。
2013-05-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Grain Boundary Softening from Stress Assisted Helium Cavity Coalescence in Ultrafine-Grained Tungsten
在粗晶材料中氦空穴的形成产生与空穴的数量密度和尺寸成比例的硬化，并且是由于位错与晶内氦缺陷的相互作用。在含有高密度界面汇的纳米结构金属中，晶界上的优先空穴形成反而产生软化，并且通常归因于增强的界面塑性。采用两个等级的超细晶粒钨，我们探索这种效果，使用有针对性的注入研究，以映射腔演变作为辐射条件的函数，并通过纳米压痕量化其对机械响应的影响。软化的报告在植入温度高于优先晶界空腔形成的阈值，但在足够低的能量密度之前的晶粒内空腔的生长。集体的平均空腔的大小，密度和形态下的残留的印象植入表面上的变化表明，腔聚结伴随着硬度的降低。互补原子模拟表明，在钨晶粒结构表现出软化，晶界气泡聚结驱动的应力集中，进一步采取行动，通过合作的变形过程，涉及本地原子洗牌和滑动，位错发射，甚至不稳定的孪生事件的成核在晶界局部应变。
2023-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Sampling in the multicanonical ensemble: Small He clusters in W
我们进行了广义系综分子动力学模拟的形成小氦（He）团簇在大块钨（W），一个过程的实际相关的聚变能源生产。我们计算的温度高达W的熔点的小氦团簇的形成自由能，包括整个范围内的利益融合能源生产。由此，可以计算诸如簇分裂或形成速率的参数，这有助于改进He辐照钨的微观结构演化模型。
2014-04-04 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Degradation of metallic surfaces under space conditions, with particular emphasis on hydrogen recombination processes
金属结构在空间技术中的广泛使用带来了在空间条件下发生退化的风险。过去十年中开发的专门用于空间应用的新型材料大多没有经过针对不同空间飞行任务情景的良好测试。在长期空间任务期间，材料降解如何影响航天器和装置的稳定性和功能性，目前知之甚少。我们的目标是预测如何太阳风和电磁辐射降解金属结构。因此，对空间条件下的材料降解进行了实验和理论研究。这些研究是在位于不来梅（德国）的德国航空航天中心（DLR）和Zielona Góra大学（波兰）完成的。本文介绍了这些研究的理论部分的结果。提出了金属自由电子与太阳质子复合形成的充满氢分子气体的金属泡。建立了气泡形成的热力学模型。我们研究的创建过程中的$\rm{H_2}$ -气泡的功能，除其他外，金属温度，质子剂量和能量。我们的模型已被验证，在德国航空航天中心在不来梅设施完成的辐照实验。气泡形成的后果是这种降解金属的物理和热光性质的变化。我们表明，高表面密度的气泡（高达$10^8$ $\rm{cm^{-2}}$）与一个典型的气泡直径为$\sim 0.4$ $\rmμ$ m将导致金属表面粗糙度的显着增加。这可能对任何空间任务产生严重后果。金属箔热光特性的变化对太阳帆推进技术尤其重要，
2015-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Strain Evolution and Grain Boundary-Mediated Defect Sink Behavior in Irradiated SiC: Insights from N-PED and DFT
本文利用 N-PED 和 DFT 揭示辐照 SiC 中晶界作为缺陷汇引发应变放大与贫泡区应变释放的机制，为晶界工程提升耐辐射性能提供依据。
2025-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Ion irradiation of Fe-Fe oxide core-shell nanocluster films: Effect of interface on stability of magnetic properties
采用团簇沉积法制备了Fe核-Fe 3 O 4壳或完全氧化的Fe 3 O 4的松散聚集纳米团簇（NC）薄膜。使用离子加速器在室温附近将这些NC在Si（100）或MgO（100）/Fe 3 O 4（100）上的膜辐照至10^16 Si 2 +/cm 2。离子辐照在NC膜中产生结构变化，并产生相应的化学和磁性变化，这些变化取决于团簇的初始氧化态。薄膜进行了表征，使用磁力计（磁滞，一阶反转曲线），显微镜（透射电子，氦离子），和X-射线衍射。在所有情况下，由于离子辐照，颗粒尺寸增加，并且当存在Fe核时，辐照将氧化物壳还原为较低价的Fe物质。这些结果表明，离子辐照行为的纳米团簇膜强烈依赖于初始的纳米结构和化学，但在一般情况下，饱和磁化强度略有下降。
2013-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Incorporation and control of defects with quantum functionality during sublimation growth of cubic silicon carbide
基于超导体的量子计算的主要缺点是工作温度需要液氦冷却。克服量子技术这一障碍的一种有希望的方法是基于半导体中的深能级缺陷，金刚石中的氮空位（NV）中心是最突出的例子。不幸的是，足够质量的金刚石是稀缺的，这促使人们努力在碳化硅（SiC）中找到类似的缺陷。到目前为止，许多报道集中在辐照3C-SiC和生长材料中的点缺陷的研究。然而，所调查的缺陷或多或少是两者巧合的产物。虽然在辐照材料中，故意产生特定缺陷是相当具有挑战性的，但在采购材料中，缺陷实际上更多是生长和工艺条件的无意副产品。本工作提出了一种新的途径：通过外延升华生长的方法在3C-SiC中引入和控制深能级缺陷。在近红外中观察到的缺陷在175 K/200 K范围内显示出明亮的发光，并且在高达300 K的温度下仍然是可激发的。这可以使工作温度高于低温极限。所有检测到的缺陷的联合起源被分配到碳空位。
2019-06-18 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study on the solute-induced low diffusion and self-trapping of helium in fcc iron
合金元素的添加在金属合金中嬗变产生的氦（He）行为中起着至关重要的作用。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了溶质（Ni，Cr，Ti，P，Si，C）对面心立方（fcc）铁中He和He-He对行为的影响.对于溶质与He的相互作用，我们发现在fcc铁中Ti、P、Si和C对He的吸引力大于Ni和Cr。我们已经确定了最稳定的配置的氦-氦对，这是Hesub-Hetetra对的结合能为1.60 eV。在考虑溶质对氦-氦对稳定性的影响时，我们提出了一个独特的结合能定义。根据这一定义，我们认为Ti和P可以削弱He的自陷，Cr和C有利于He的自陷，而Ni则类似于基体Fe本身。对于He的扩散，这是形成He气泡的必要过程，我们确定了最稳定的间隙He是在四面体位置，并可以迁移的能量势垒为0.16 eV的纯fcc铁。我们进一步发现Ti和Si可以将势垒提高到0.18和0.20 eV;相反，Cr和P分别将势垒降低到0.10和0.06 eV。总结计算，我们得出结论，Ti减少，而Cr增加的扩散和自陷的他在fcc铁。
2022-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Experimental measurement methods and data on irradiation of functional design materials by helium ions in linear accelerator
在直线加速器中进行了氦离子辐照功能设计材料的实验研究。本文介绍了4 MeV氦离子辐照功能设计材料的实验测量技术和数据，包括实验测量装置的详细方案。为了实现氦离子辐照功能设计材料，提出了一种新的IH型POS-4加速器结构设计，即在直线加速器中采用同步相位沿聚焦周期逐级变化的交替相位聚焦方法。研究开发了加速管输出能量为120 KeV的荷电氦离子注入器的新设计，以及在直线加速器中实现一次荷电氦离子加速的POS-4型加速结构。还创建了用于氦离子照射功能设计材料的特殊室。在实验过程中，对样品的温度、氦离子束流的大小以及样品的辐照剂量进行了精确的测量。在研究辐照样品的电物理性质和氦离子在宽温度范围内的热脱附过程中，对实验测量装置和技术进行了充分的测试和优化
2013-09-03 cond-mat.mtrl-sci nucl-ex physics.acc-ph
Ion-beam sculpting of nanowires
当用离子束照射时，纳米材料与它们的大块对应物相比经常经历不寻常的机械变形。这项研究可视化和调查的一些不寻常的相互作用，可以在纳米材料中发生的照射过程中与中等能量的离子束使用氦离子显微镜（HIM）。采用离子束刻蚀技术对半导体纳米线进行了亚10 nm形貌的刻蚀。此外，在室温下的辐射诱导生长的纳米线被发现。介绍了辐照诱导汽-液-固（VLS）纳米线生长的新概念和可能的机理。这些结果是进一步的基础和技术发展的操纵和可视化的离子-物质相互作用在纳米尺度的基础。
2017-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Theoretical Study on the Structural and Thermodynamic Properties of U-He compounds under High Pressure
本研究通过密度泛函理论计算和分子动力学模拟，发现高压下铀氦化合物可形成U4He和U6He两种层状金属亚稳相，并发生一维超离子相变，为核材料极端条件下的行为提供了新见解。
2024-07-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
