Raman Investigation of the Ice Ic - Ice Ih Transformation
在许多冰的多晶型物中，在环境压力下存在于自然界中的冰I具有两种不同的结构，即稳定的六方（Ih）或亚稳的立方（Ic）结构。立方冰Ic的精确分析一直缺失，直到最近发现了一种简单的方法来获得结构纯的形式。在这里，我们报告了拉曼光谱研究的转变亚稳态冰Ic到稳定的形式Ih，通过应用一个非常缓慢的温度斜坡冰Ic样品最初在150 K。的热行为的光谱特征源自晶格和OH-伸缩振动模式进行了仔细测量，确定的热力学条件的Ic-Ih过渡和动力学的两种结构具有显着的准确性。此外，两次转化动力学测定的比较还可以提供该转化过程活化能的估计。
2020-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Metastable defects in III-Nitrides
V.Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, NASU（V.拉什科巴罗夫半导体物理研究所，乌克兰国家科学院）
本文综述III族氮化物亚稳态缺陷的相关内容，提出通过生长掺杂控制、电子构型稳定及器件结构设计等措施，提升III族氮化物基器件的性能与可靠性。
2026-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Orientational Defects in Ice Ih: An Interpretation of Electrical Conductivity Measurements
我们提出了一个第一性原理研究的Bjerrum缺陷在冰Ih的结构和能量，并比较实验的电导率数据的结果。虽然DFT计算的活化能与实验结果符合得很好，但我们发现它的两个分量有很大的不同。除了提供新的洞察冰的微观电学理论的基本参数，我们的研究结果表明，在掺杂冰中的陷阱的活动，通常假设由L缺陷的自由迁移控制的温度制度。
2005-12-16 cond-mat.mtrl-sci
Interaction and transformation of metastable defects in intercalation materials
非平衡缺陷常常决定材料的宏观功能性质。在可充电电池中广泛使用的嵌入宿主中，高维缺陷在很大程度上定义了可逆性和动力学1，2，3，4。然而，在离子传输过程中短暂出现的瞬态缺陷一直难以捕获，限制了对其生命周期和影响的理解。在这里，我们克服了这一挑战，并跟踪operando的NaxNi 1-xMnyO 2嵌入主机在充电钠离子电池的亚稳态缺陷的相互作用和影响。三维相干X射线成像3，4，5揭示了亚稳畴界、滑移位错环和堆垛层错的转变和自愈。局部应变梯度表明离子扩散的可量化差异，与扩散系数的宏观变化一致。对未预料到的4，6缺陷各向异性的分析强调了细观结构的重要性，提出了一种可能的控制方法，并对骨架层的刚度提出了质疑。氧框架层的共享性质使我们的结果适用于广泛的插层材料。
2021-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Crystalline clusters in mW water: stability, growth, and grain boundaries
与水的mW模型的数值模拟，我们研究了冰I（立方和六角形冰）和亚稳冰0相作为集群大小的函数的结晶集群的能量稳定性。在各种各样的形成条件下，我们发现，最稳定的集群的变化作为一个功能的大小：在小尺寸的冰0相产生最稳定的集群，而在大尺寸有一个交叉冰我集群。我们进一步研究了晶种技术对晶体团簇生长的影响，并研究了不同晶种团簇的生长模式。虽然在小尺寸下能量稳定，但亚稳相（立方相和Ice 0）的生长受到相干晶界形成的阻碍。立方冰的五重对称孪晶界，以及冰0中新发现的相干晶界，促进了立方冰的交叉成核。我们的工作表明，不同的本地结构可以竞争的稳定相在mW的水，和特定的晶界的低能量成本可能会发挥重要作用，多晶型选择。
2019-07-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Impact of metastable defect structures on carrier recombination in solar cells
太阳能电池的效率通常受限于由光伏（PV）半导体的带隙内的缺陷态介导的电子-空穴复合。Shockley-Read-Hall（SRH）模型考虑了一个可以连续捕获电子和空穴的静态陷阱。然而，在现实中，真正的陷阱能级随缺陷电荷状态和局部结构而变化。在这里，我们考虑的亚稳态结构配置捕获电子和空穴的作用，碲间隙作为一个说明性的例子。考虑到缺陷动力学，和破环，改变了定性行为，并激活了新的载体捕获途径。我们的研究结果揭示了亚稳态缺陷结构在非辐射复合中的潜在重要性，特别是对于具有非谐/离子-共价键合、多元组合物、低晶体对称性或高流动性缺陷的半导体。
2022-02-25 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Cubic ice Ic free from stacking defects synthesized from ice XVII
在超过18种不同形式的水冰中，只有常见的六方相和立方相存在于地球上。这两个多型体的存在，几乎在能量上退化，代表了冰物理学中最重要和未解决的课题之一。现在人们普遍认为，迄今为止获得的所有“立方冰”样品都是堆叠无序形式的冰I（即冰Isd），其中存在氢键水分子的六边形和立方堆叠序列。在这里，我们描述了一种新的方法来获得大量的立方冰Ic，并证明其前所未有的结构纯度从两个独立的中子衍射实验在欧洲两个领先的中子衍射仪器。
2019-07-05 cond-mat.mtrl-sci
The microscopic mechanism of bulk melting of ice
本文研究了六角冰晶在共存和适度过热时的均匀熔化的初始阶段。我们基于超导的计算机模拟方法提供了导致熔化的事件的全面画面;从5+7缺陷的初始积累，通过L-D和磁空位对的形成，到液核的形成。在我们观察到的与熔化有关的不同类型的缺陷中，一种特殊类型的5+7型缺陷（5型）起着突出的作用，因为它通常在初始液核形成之前形成，并且靠近核形成的位置。因此，像其他固体一样，冰通过先前的缺陷积累而均匀地熔化。
2021-07-25 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Systematic and accurate anharmonic formation free energies of metastable defects via a constrained Bayesian Adaptive Biasing Force framework
Université Paris-Saclay, CEA（巴黎萨克雷大学, 法国原子能和替代能源委员会）
该研究提出约束贝叶斯自适应偏置力框架BABFc，建立热力学积分框架，可系统准确计算亚稳态缺陷非简谐形成自由能，在铁缺陷体系验证其高精度低失败率的优势。
2026-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Antisite traps and metastable defects in Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells studied by screened-exchange hybrid density functional theory
屏蔽交换杂化密度泛函理论的电子结构计算表明，CuInSe 2和CuGaSe 2中的Cu（In，Ga）反位都是局域空穴陷阱，这可以归因于实验观察到的N2能级.相反，GaCu反位及其与铜空位的缺陷复合物表现出电子陷阱能级，这可以限制富Ga Cu（In，Ga）Se2合金的开路电压和效率。CuGaSe 2薄膜太阳能电池中的低温光致发光测量显示在1.48 eV的能量处的自由到束缚的转变，与GaCu反位的计算的转变能量非常一致。由于内在DX中心不表现出钉扎水平内的带隙的CuInSe 2，亚稳态DX行为只能预期GaCu反位。
2012-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Pinning of thermal excitations at defects in artificial spin-ice dipolar arrays: A theoretical investigation
在这个理论研究中，我们解决了正方形晶格偶极阵列中的缺陷对热激发的影响。从最近的实验中采用的纳米磁体的几何形状[A. Farhan \textit{et al.}，《自然物理学》\textbf{9}（2013）375]，允许在室温下热活化。事实证明，激发可以有效地钉扎在缺陷。此外，可以产生连接一对缺陷的纳米磁体的铁磁串;它们的长度与缺陷的距离和磁基态配置的拓扑结构密切相关。我们讨论了各种类型的缺陷，所有这些都可以通过微结构技术产生。
2014-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Metastable Interlayer Frenkel Pair Defects by Dipole-like Strain Fields for Dimensional Distortion in Black Phosphorus
黑磷中原子空位的低形成能使其可以作为探索层间空位-空位（I-V）对（即Frenkel缺陷）动力学的理想原型系统，所述层间空位-空位对解释Wigner能量释放。基于黑磷的少层模型，我们进行了离散几何分析，并从第一性原理计算研究了紧密层间Frenkel对的结构动力学.我们揭示了一个高度亚稳的I-V对状态驱动的各向异性偶极类应变场，可以建立相邻层之间的强连接。在2D极限（单层），亲密的I-V对表现出相对较低的形成能为1.54 eV，并积极有利于其孤立的成分高达1.68 eV。在双层膜中，Frenkel对湮灭的势垒为1.46 eV，这明显高于石墨中类似缺陷的势垒。在这项工作中报告的结果表明，存在丰富的桥接途径，在黑磷，导致稳定的尺寸减少和结构凝聚暴露于适度的电子激发或热退火。这项研究为通过引入这种亚稳态层间I-V对缺陷来创造新的磷的维度混合多晶型物铺平了道路。
2019-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Metastable defects decrease the fill factor of solar cells
基于Cu（In，Ga）Se2的太阳能电池的功率转换效率超过23%。然而，这些太阳能电池的填充因子（最佳值在80%左右）相对较低（Si达到84.9%），主要是由于二极管因子大于1。最近，我们提出亚稳缺陷，Cu（In，Ga）Se2合金的一般特征，是增加二极管因子的起源。我们测量的二极管因子的裸吸收层的激发依赖的光致发光。对于高品质，因此高发光多晶吸收剂，我们评估的二极管因子的激发依赖性超过四个数量级。使用模拟和亚稳态缺陷的模型，我们可以很好地描述的n型和p型外延膜以及多晶吸收体的实验结果，为这个模型提供额外的证据。我们发现，光致发光光学测量的二极管因子施加一个下限的二极管因子电测量成品太阳能电池。有趣的是，通过Ag合金化，即（Ag，Cu）（In，Ga）Se2吸收体，获得了最低的二极管因子（光学和电学）以及因此81.0%的最高填充因子。这一发现暗示了一种提高填充因子的途径，从而提高了Cu（In，Ga）Se2基太阳能电池的效率。
2022-04-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Atomic Pathways of Solute Segregation in the Vicinity of Nanoscale Defects
这项工作揭示了溶质原子与纳米级晶体缺陷相互作用的原子细节。这种现象的复杂性阐明通过详细的原子探针断层扫描外延应变，成分亚稳，半导体合金的调查。发现位错周围溶质原子的浓度和分布存在细微的变化，并强调了它们的动态演化。结果表明，晶体缺陷，如位错，是在启动应变亚稳层中的相分离的过程。矩阵区域，接近位错，显示出明显的迹象，成分退化后，从破坏局部平衡一个相对较短的时间。溶质浓度以及非随机的原子团簇的密度增加，而从周围的矩阵区域接近位错。平行地，远离位错，晶格保持完整，保持亚稳结构和组成均匀性。在相分离的高级阶段，位错外的基质达到平衡浓度，而位错作为质量传输的载体，为溶质原子到达表面提供快速扩散通道。此外，原子团簇的数量几乎增加了一倍，每个团簇的原子数稳步增加，沿着位错向表面移动。除了理解应变亚稳合金相分离中涉及的原子特征外，这项工作还说明了纳米级缺陷附近溶质原子的热力学和动力学行为，并定量描述了关键过程，从而为改进原子模型和模拟提供了经验输入。
2021-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Double-layer ice from first principles
单层和多层冰与正方形晶格结构的形成最近已被报道的基础上，透射电子显微镜实验，在封闭的二维冰的兴趣更新。在这里，我们报告了一个系统的密度泛函理论研究双层冰在纳米约束。本文给出了作为限制宽度和侧压力的函数的相图。相图中包括蜂窝状六方结构、方管结构、六方密排结构和屈曲菱形结构。然而，与实验观察相反，正方形结构没有功能：我们最稳定的双层正方形结构被预测为亚稳态。该研究为双层受限冰的相变提供了一般性的见解，并为石墨烯纳米毛细管实验中方冰的稳定性提供了一个新的理论视角。
2017-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Crystal-field states and defect levels in candidate quantum spin ice Ce$_{2}$Hf$_{2}$O$_{7}$
本文报道了焦亚硝酸铈粉末和单晶样品的合成及其中子衍射、热重分析和X射线吸收光谱的表征。我们评估非磁性Ce $^{4+}$缺陷的量，并使用此结果来解释使用非弹性中子散射观察到的晶体-电场跃迁的光谱。这些单离子跃迁的分析表明，偶极八极性质的基态二重态和自旋晶格耦合的显着程度。从光谱获得的晶体-电场参数计算的单离子性质与低至约1 K的体磁化率数据非常一致。在此温度以下，磁化率的行为表明相关的制度，没有显示任何迹象的磁长程序或冻结到0.08 K。我们得出的结论是，Ce $_2$ Hf $_2$ O $_{7}$是研究量子物质奇异相关态的另一个候选者，例如最近认为存在于同构化合物Ce $_2$ Sn $_2$ O $_7$和Ce $_2$ Zr $_2$ O $_7$中的八极量子自旋冰。
2022-03-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Origin of shallow n-type doping in AlN and Al-rich AlGaN
University of Michigan（密歇根大学）；Oregon State University（俄勒冈州立大学）
通过研究AlN中的亚稳态缺陷，发现铝间隙在特定条件下可作为浅施主，提升AlN的n型掺杂能力。
2025-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Benchmarking acid and base dopants with respect to enabling the ice V to XIII and ice VI to XV hydrogen-ordering phase transitions
用盐酸（HCl）掺杂冰V、VI和XII的氢无序相，发现了它们的氢有序对应物冰XIII、XV和XIV。然而，氢有序相变的机制细节仍然没有完全理解。这特别包括酸掺杂剂的作用和它在冰内产生的缺陷动力学。在这里，我们研究了几种酸和碱掺杂剂的冰V和VI的氢有序量热法和X-射线衍射的影响。HCl被认为是最有效的两个阶段，这是由于一个有利的组合，高溶解度和强酸性能，创建移动H3 O+缺陷，使氢排序过程。氢氰酸（HF）是第二种最有效的掺杂剂，突出了HCl和HF在冰中的酸强度比在液态水中的酸强度更相似。令人惊讶的是，氢溴酸掺杂促进冰VI中的氢有序化，而对于冰V仅观察到非常小的影响。相反，氢氧化锂（LiOH）掺杂实现了与冰V中的HF掺杂相当的性能，但在冰VI的情况下是无效的。氢氧化钠、氢氧化钾（如前所示）和高氯酸掺杂对这两个相都是无效的。这些发现强调了未来计算研究的必要性，但也提出了一个问题，为什么LiOH掺杂实现冰V的氢有序化，而氢氧化钾掺杂对“普通”冰Ih最有效。
2018-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Impact of terahertz short pulses on the oxygen defect state in TiO$_{2-x}$
本研究通过太赫兹泵浦/红外探测实验，揭示了太赫兹短脉冲可将TiO$_{2-x}$中深度局域电子转化为纳秒寿命的亚稳态极化子，为新型光电应用提供可能。
2024-07-17 cond-mat.mtrl-sci
A high -quality and -throughput colloidal lithography by mechanical assembly and ice-based transfer
本文提出结合摩擦组装与冰辅助转印的高通量胶体光刻方法，实现无缺陷颗粒单层，并验证其在红外抗反射涂层和无配体T细胞激活中的应用。
2025-06-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Proton Irradiation Induced Defects in \b{eta}-Ga2O3: a combined EPR and Theory Study
质子辐照的n型和半绝缘体样品的\b{eta} -Ga 2 O 3导致形成一个顺磁缺陷，自旋S=1/2，单斜点对称，g张量的主值为gb=2.0313，gc=2.0079，ga*= 2.0025和准各向同性超超精细相互作用的13 G与两个等效的Ga近邻。它的高引入率表明它是一种主要的辐照诱发缺陷。在低温下，光激发将该缺陷转化为不同的亚稳S=1/2中心，其主要g值为gb=2.0064，gc=2.0464，ga*= 2.0024，并且减少了9 G的超精细相互作用。这种亚稳态缺陷在T= 100 K时是稳定的，当它切换回先前的配置时。用密度泛函理论计算了各种本征缺陷的自旋哈密顿参数，并采用包括投影子的规范增强波方法确定了这些缺陷的微观结构，结果不支持孤立的八面体或四面体镓空位VGa 2-的直观模型，而支持镓空位复合物VGa-Gai-VGa的模型.
2018-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Identifying Split Vacancy Defects with Machine-Learned Foundation Models and Electrostatics
本文提出一种结合几何分析、静电能量与基础机器学习模型的分层筛选方法，用于高效识别固态化合物中的分裂空位缺陷，并在Materials Project数据库中发现了数千种此前未知的低能量构型。
2025-05-08 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Decomposition and terapascal phases of water ice
计算搜索的稳定和亚稳结构的水冰和其他H：O组合物在TPa的压力，使我们预测，H $_2$ O分解成H $_2$ O $_2$和富氢相在压力略高于5 TPa。富氢相在很宽的氢含量范围内是稳定的，当H $_2$ O与氢接触时，它可能在气体巨星核心的冰成分的侵蚀中发挥作用。金属化的H $_2$ O的预测在一个较高的压力略高于6 TPa，因此H $_2$ O不具有化学稳定的低温金属形式。我们还发现了一种新的、丰富的复杂的水冰相矿物学，它在0.8- 2 TPa压力范围内比以前预测的任何一种都要稳定。
2013-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy-driven extended stability of cubic metastable Ta-Al-N and Nb-Al-N phases
量子力学计算以前曾被应用于预测许多三元和多元氮化物系统的相稳定性。虽然对Ti-Al-N系统的预测是非常准确的，但在其他系统的情况下，理论和实验之间存在一些差异。也就是说，在Ta-Al-N的情况下，计算倾向于高估获得具有立方结构的亚稳固溶体所需的最小Al含量。在这项工作中，我们提出了一个全面的研究空位的影响，在准二元TaN-AlN和NbN-AlN系统的相场。我们的计算清楚地表明，点缺陷的存在下，强烈地扩大了立方相场的TaN-AlN系统，而在NbN-AlN的情况下，效果不太明显。本相稳定性预测同意更好地与文献中报道的物理气相沉积薄膜的实验观察比基于完美的，无缺陷的结构。这项研究表明，一个有代表性的结构模型与实验数据进行有意义的比较是至关重要的。
2017-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Modelling the atomic structure of very high-density amorphous ice
极高密度无定形（VHDA）冰的结构已被建模的位置无序的三个结晶相，即冰IV，VI和XII。选择这些相是因为只有它们在VHDA冰形成的冰相图区域中是稳定或亚稳定的，并且它们的密度与VHDA冰的密度相当。通过在H_2O分子的位置引入无序，以及少量的分子转动无序、O-H键长无序和H-O-H键角无序，得到了与实验观测到的VHDA冰的对-关联函数g（r）的中等范围的良好拟合.实验结构因子S（k）的低k行为也很好地由该无序晶体模型再现。在最佳拟合无序模型中存在的每个相的分数非常接近于在可能的VHDA冰结晶产物中观察到的分数。特别是，根据实验观察，预测只有可忽略不计的冰IV。
2005-03-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Metastable polaron supporting phase in poly-p-phenylene films induced by UV illumination
我们发现了一个新的亚稳态极化子支持相的原始薄膜的可溶性衍生物的聚对苯乙炔（MEH-PPV），这是由紫外线照射诱导。在初始未照射阶段A，薄膜不显示长寿命的光生极化子。然而，长时间的紫外光照射几个小时诱导可逆的，亚稳态相B，显示丰富的长寿命的光生极化子。相B膜在室温下在黑暗中在1/2小时内转变回原始相A。我们提出了一个可逆的机制，其中紫外线照射产生亚稳态深缺陷，大大增加了光生极化子的寿命。
2006-08-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Two-stage ordering of spins in a dipolar spin ice on the kagome lattice
自旋冰是烧绿石晶格上阻挫铁磁体的一种特殊热态，具有有限的熵密度和携带磁荷的激发态。通过结合分析论证和蒙特卡罗模拟，我们表明，自旋冰的二维kagome晶格顺序在两个阶段。中间相具有有序的磁荷，并通过伊辛跃迁与顺磁相分离。向低温相的转变是三态Potts或Kosterlitz无电荷型的，这取决于电荷顺序中缺陷的存在。
2011-05-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Rewritable Artificial Magnetic Charge Ice
人工冰可以通过设计和直接观察来研究几何挫折。然而，它已被证明很难实现定制的远程订购其不同的配置，限制了基础和应用的研究方向。我们设计了一个人工自旋结构，产生一个磁荷冰与可调的长程有序的八个不同的配置。我们还开发了一种技术来精确地操纵局部磁荷状态，并在室温下演示写-读-擦多功能性。这种全局可重构和局部可写的磁荷冰可以为设计磁缺陷、定制磁振子和控制其他二维材料的特性提供一种环境。
2016-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phase stability and defect studies of Mg-based Laves phases using defect phase diagrams
Laves相通常在金属合金中作为第二相形成，并对其结构性能具有显著影响。因此，除了机械行为研究之外，对这些化学和结构复杂的相的相稳定性研究是非常有意义的。在这项工作中，我们使用的概念，亚稳体相和缺陷相图，以增加在镁基合金中的Laves相的体相和缺陷相稳定性的理解。通过这种方式，我们解决了体相图和实验观察之间的差异，在中等温度下在MgAlCa合金中形成富Mg的C14和富Al的C15 Laves相。此外，合金的热力学状态对富溶质的类六方晶系平面缺陷和化学计量的基底层错之间的竞争的影响是明确的，这决定了这些合金的脆性。\end{abstract}
2023-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Manipulating Metastability: Quenched Control of Topological Defects in Multiferroics
该研究通过对 BaFe$_{12}$O$_{19}$ 六铁氧体纳米颗粒进行磁淬火稳定亚稳相，并利用 Bragg 相干衍射成像揭示其涌现拓扑结构及能量优势。
2023-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Thermal Conductivity and Mechanical Properties of Metastable Silicon by Phase Engineering
本文提出利用相工程策略调控亚稳态硅的热导率与力学性质，发现不同硅相间热导率具有广泛可调性，Si-IV硬度和杨氏模量显著优于Si-III/XII混合物，且压力诱导缺陷会降低性能，为设计新型半导体提供可行途径。
2025-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
