Preparation and analysis of strain-free uranium surfaces for electron and x-ray diffraction analysis
这项工作描述了一种方法，用于生产高品质的金属表面的铀主要是表征和调查，涉及电子背散射衍射。已经进行了电化学测量，以告知理想的抛光条件，以产生没有机械抛光引起的应变的表面。采用一种常用的铀电解抛光液，部分由磷酸组成，进行电化学实验和抛光。聚焦于表面的X射线衍射技术显示材料内呈现出低应力和应变。这反映在高质量的电子背散射衍射中。
2018-03-15 cond-mat.mtrl-sci
High-precision molecular dynamics simulation of UO2-PuO2: superionic transition in uranium dioxide
我们的系列文章致力于使用高性能图形处理器（GPU）在刚性离子近似下对混合锕系元素-氧化物（MOX）燃料进行高精度分子动力学模拟。在这篇文章中，我们评估了10个最相关的原子间对势（SPP）的Bredig超离子相变（阴离子亚晶格预熔化）在二氧化铀的再现。在从300 K到熔点的宽温度范围内以1 K精度进行的测量允许可靠地检测每个SPP的这种相变。所获得的λ峰比先前假设的更平滑和更宽。此外，首次测量了λ峰特性的压力依赖性，在-5 ~5GPa范围内，其振幅呈抛物线，温度呈线性（类似于Clausius-Clapeyron方程的熔化温度）。
2011-02-08 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Thermal Recovery Mechanisms of UO2 Lattices
实验组研究了辐照过的二氧化铀晶格的热恢复，并根据激活能等间接观测结果估算了与各恢复阶段有关的缺陷。本文采用原子模拟方法研究了中子和α粒子辐照二氧化铀晶格的热恢复机制。等时和等温退火已被施加到辐照样品。按照与实验组相同的步骤，用分子动力学模拟计算了活化能，并与经验数据进行了比较，结果显示出良好的一致性。利用分子动力学模拟和密度泛函理论计算了阻挡型缺陷的迁移能垒和恢复能。然而，与大多数实验组的预测不同，它表明中子和α粒子辐照的晶体结构不热恢复出于同样的原因。中子辐照二氧化铀晶体的三个恢复阶段都是由氧缺陷引起的，而α粒子辐照二氧化铀晶体的三个恢复阶段分别是由氧-铀、铀和铀间隙缺陷引起的。最后，辐照晶体的热回复的原因和主要驱动力是阻碍型缺陷，它导致所有其他类型的缺陷在每个晶格回复阶段中自行回复。
2016-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity suppression in uranium-doped thorium dioxide due to phonon resonant scattering
在这项工作中，二氧化钍（ThO $_2$，氧化钍）与低水平的替代铀（U）掺杂的热输运性质进行了探讨。我们观察到强烈的迹象，共振声子散射，声子和电子自由度之间的相互作用，除了常见的“杂质”散射由于质量和原子间力常数的差异，这种掺杂诱导。在水热合成的空间变化掺铀浓度的掺铀氧化钍单晶中研究了6%、9%和16%的掺铀浓度。在此晶体中，具有相对均匀的掺杂的等浓度区域位于局部热导率测量使用热反射技术。在77--300~K的温度范围内测量的热导率曲线与分析Klemens-Callaway热导率模型的预测进行比较，以确定不同声子散射机制的影响。在低温下，在这些掺杂水平的高度抑制的热导率表明，声子共振散射在U掺杂氧化钍的热导率降低中起着重要的作用。
2023-03-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
First-principles study on oxidation effects in uranium oxides and high-pressure high-temperature behavior of point defects in uranium dioxide
用第一性原理计算了高温高压下二氧化铀中点缺陷和氧团簇的形成吉布斯自由能，电子结构采用LSDA+U方法，晶格振动采用德拜模型.声子对Frenkel对的贡献是显着的，而它是可以忽略不计的肖特基缺陷。流体静力学压缩的形成能量急剧变化，使缺陷浓度更敏感地依赖于压力。计算结果表明，在不考虑氧团簇的情况下，由于晶格振动的贡献，过化学计量比UO2中的铀空位占主导地位，而压缩有利于氧空位的产生，大大抑制了铀空位的产生。然而，在环境压力下，实验观察到的主要氧缺陷，在这个制度只能在一种形式的cuboctahedral团簇，强调的重要性，在UO 2 +x的缺陷集群。利用点缺陷模型建立了非化学计量比氧化物的状态方程，并将其应用于UO2+x的冲击Hugoniot。在此基础上，研究了一氧化铀、三氧化三铀、三氧化铀以及一系列缺陷UO_2在零开尔文下的氧化和压缩行为。分析了铀氧化物的力学性质和电子结构随氧化程度的变化，揭示了铀氧化物基态从金属态到莫特绝缘体再到电荷转移绝缘体的转变是由于5f轨道的强关联效应和电子从铀原子向氧原子的迁移共同作用的结果.
2011-11-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.comp-ph
The grain-size effect on thermal conductivity of uranium dioxide
本文研究了晶界散射对二氧化铀（UO $_2$）热输运行为的影响。采用放电等离子烧结技术制备了不同晶粒尺寸（0.125、1.8和7.2 $μ$ m）的多晶样品，并用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和拉曼光谱对其进行了表征。在2-300~K温度范围内测量了材料的热输运性质（热导率和热电功率），并分析了影响热导率的各种物理参数与晶粒尺寸的关系。我们表明，热导率系统降低晶粒尺寸在30 K以下的温度，其中边界散射占主导地位的热输运。在更高的温度下，这些材料中的热传输涉及更多的散射过程，使得分析变得困难。我们确定了晶界Kapitza电阻，这将导致所观察到的热导率随晶粒尺寸的增加，并将该值与使用文献中的分子动力学为UO $_2$计算的Kapitza电阻进行了比较。
2019-10-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Point defects and clustering in uranium dioxide by LSDA+U calculations
采用基于密度泛函理论的LSDA+U方法，对非化学计量比UO 2 +x中点缺陷及其团簇行为进行了全面的研究.获得了迄今为止可用的准确的能量信息和电荷转移。这些能量比纯GGA和LDA提高了50%以上，我们表明密度泛函理论预测在任何成分下氧缺陷都比铀缺陷占优势，这只有在适当处理局域5 f电子后才有可能。计算还表明，氧团簇开始的上限为x~0.03。铀点缺陷引起的体积变化是单调的，但非线性的，而对于氧缺陷，增加x总是线性减少系统的体积，除了二聚体，需要额外的空间容纳，这已被确定为亚稳态离子分子。虽然氧二聚体通常占据Willis O“位点，在能量学和电荷态上模拟单个氧，但它们在环境条件下很少见。研究了它的分解过程和振动性质。为了系统地获得负离子过剩萤石的一般成簇机制，我们还分析了氧缺陷可能的基本成簇模式的局部稳定性。结果为理解UO 2 +x和beta-U4 O 9中Willis型和立方八面体团簇的结构提供了一种统一的途径。最后，我们将点缺陷模型推广到独立团簇近似，考虑了团簇效应对缺陷布居的影响。
2008-06-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Structural behavior of uranium dioxide under pressure by LSDA+U calculations
采用LSDA+U近似的第一性原理计算研究了UO_2在300 GPa高压下的结构行为。结果表明，在38 GPa压力下，样品发生了向斜方晶系钴钨酸盐（Pnma）相的结构转变。这与实验观测到的~42 GPa相吻合。在80 ~ 130 GPa压力范围内还可能发生一个等结构转变，这在实验中还没有观察到。超过226 GPa的进一步高压缩将导致金属和顺磁转变。它相当于每个晶胞的体积为90埃^3，这与先前的理论分析结果非常一致，即离域5 f态所需的体积减小。
2007-03-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.comp-ph
Capturing the ground state of uranium dioxide from first principles: crystal distortion, magnetic structure, and phonons
二氧化铀（UO $_2$）仍然是一个艰巨的挑战，第一原理的方法，由于复杂的相互作用之间的自旋轨道耦合，莫特物理，磁有序，晶体畸变。在这里，我们使用DFT+ $U$探索UO $_2$在零温度下，结合所有上述现象。技术上的挑战是导航DFT+ $U$产生的许多亚稳态电子态，这是使用$f$ -轨道占据矩阵控制来搜索基态来完成的。我们限制我们的搜索，以高对称性的铁磁相，包括自旋轨道耦合，这产生了以前未报道的占领矩阵。这个新发现的占领矩阵，然后作为一个初始化，探索对称性破缺阶段。我们发现3 k反铁磁态的氧笼畸变与实验结果非常吻合，并且自旋轨道耦合和Hubbard $U$都是关键因素。我们证明，只有选择声子模式有很强的依赖于哈伯德$U$，而磁有序只有一个小的影响整体。我们使用非弹性中子散射的声子色散曲线进行测量，我们的计算显示出良好的一致性时，使用合理的值$U$。DFT+ $U$的定量成功保证了在这一理论水平内对热输运和其他可观测量的探索。
2022-09-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Absence of Induced Ferromagnetism in Epitaxial Uranium Dioxide Thin Films
针对此前声称外延UO₂薄膜存在诱导铁磁性的研究，团队通过元素特异性的XMCD技术复现检测，发现仅磁化率小幅升高，无铁磁性及磁有序迹象，推翻了原有结论。
2024-02-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Interplay of defect cluster and the stability of xenon in uranium dioxide by density functional calculations
在核燃料（如二氧化铀）中，自缺陷团簇可能影响裂变气体的热力学行为。采用第一性原理LSDA+U方法，以氙原子为原型，发现氧缺陷团簇对气体原子热力学的影响是显著的，使氙原子的溶解能增加了0.5eV，约为700 K时最低两态能量差的43%。计算还揭示了铀空位和三空位之间的热力学竞争，在高温下将氙纳入超化学计量制度。结果表明，在亚化学计量比条件下，中性三空位是稀氙气最有利的位置;而在超化学计量比条件下，即使考虑了低温下氧的自缺陷团簇，中性三空位也比铀空位更有利。这不仅证实了前人的研究，而且将结论推广到更现实的燃料工况。当气体原子在铀空位处由于强马德隆势而被电离成电荷态时，这一观察意味着可以控制温度来调节气体原子的优选位置，然后调节气泡生长速率。针对DFT+U计算中经常遇到的亚稳态问题，提出了一种解决方法，即准退火方法。
2010-08-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.comp-ph
Anomalies in non-stoichiometric uranium dioxide induced by pseudo-phase transition of point defects
点缺陷在其他方面完美的晶体结构中的均匀分布通常描述了非化学计量材料的该状态的唯一伪相。以非化学计量比的二氧化铀为原型，我们发现，类似于传统的相变，这些赝相也将从一种状态转变为另一种状态，通过改变主要的缺陷物种时，压力，温度，或化学成分的外部条件变化。利用第一性原理计算，沿UO 2的冲击Hugoniots曲线和等温压缩曲线数值观测到了这种奇异的转变。在低温下，它会导致热力学性质和电子结构的异常（或准不连续）。特别是，在冲击温度和比热在恒定压力下的异常是明显的。但随着温度的升高，它逐渐转变为平滑的交叉，变得不易辨别。这种类型的转变的潜在的物理机制和特性编码在吉布斯自由能，并阐明清楚地通过分析与作为压力和温度的函数的缺陷布居的变化的相关性。这种相变的可能的实验观察的机会和挑战也进行了讨论。
2012-04-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Chromium-doped uranium dioxide fuels: A review
本文综述了Cr掺杂UO2燃料的研究，阐明Cr取代掺入控制溶解度、Cr/Cr2O3氧化还原影响U扩散，液相烧结促进晶粒生长，并展望结合机器学习加速其应用。
2025-10-09 cond-mat.mtrl-sci
A case for polar uranium octupoles in cubic U2N3
本研究通过对比共振X射线衍射数据与对称性计算，论证立方U2N3中非中心对称位点存在高阶极性铀多极子，并以禁戒布拉格斑点作为关键证据。
2023-10-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Phonon spectrum, thermodynamic properties, and pressure-temperature phase diagram of uranium dioxide
利用局域密度近似（LDA）$+U$方法研究了UO $_{2}$的结构相变、力学和热力学性质.理论计算得到0 K时的相变压力为40 GPa，与实验值42 GPa吻合较好。压力引起的弹性常数，弹性模量，弹性波速度，和德拜温度的萤石相的增强。超原胞方法计算的基态萤石结构和高压共隧道石结构的声子谱表明，共隧道石结构在环境压力下是动态不稳定的。根据$Γ$ $-$-$X$方向的虚模和$Γ$ $-$ $Z$方向的软声子模，确定了共隧道石到萤石的跃迁路径.在准谐近似下，我们用第一性原理声子态密度和德拜模型计算了晶格振动能。计算的晶格参数，熵和比热的温度依赖性同意与实验观察在低温域。UO $_{2}$两相的吉布斯自由能差预示了压力-温度相图中的边界。固液边界近似的经验方程，使用我们计算的弹性常数。
2013-09-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tailoring Vanadium Dioxide Film Orientation using Nanosheets: A Combined Microscopy, Diffraction, Transport and Soft X-ray in Transmission Study
VO 2是氧化物电子学和神经形态计算应用的一种备受讨论的材料。在这里，异质外延的二氧化钒（VO 2）上实现的氧化物纳米片，覆盖硅衬底或X射线透明的氮化硅膜的无定形二氧化硅表面。在VO 2生长之前，通过在衬底上分别涂覆Ti0.87O2和NbWO 6纳米片，可以将VO 2薄膜的面外取向任意控制在（011）M1/（110）R和（-402 M1/（002）R之间。温度依赖的X射线衍射和自动晶体取向映射在微探针TEM模式（ACOM-TEM）的特点是高的相纯度，晶体学和取向性能的VO 2薄膜。传输测量和软X射线吸收的传输被用来探测VO 2的金属-绝缘体的转变，显示的质量等于那些从大块单晶衬底上的外延膜的结果。两个不同的VO 2取向在一个单一的基板上的成功的本地操作证明使用VO 2光刻图案线的Ti0.87O2和NbWO 6纳米片上生长的电子背散射衍射研究。最后，这些纳米片模板的VO 2膜先进的无透镜成像的金属-绝缘体过渡使用相干软X射线的优秀适用性进行了讨论。
2019-01-25 cond-mat.mtrl-sci
A High Pressure Distorted a-Uranium (Pnma) Structure in Plutonium
在压力下，许多稀土和锕系金属转变为a-U结构或其较低对称性的畸变形式。我们重新解释了Dabos等人对Pu的衍射数据（参考文献4），发现Pnma空间群中的Am IV型畸变a-U结构可以解释其高压相。该相和a-Pu的结构都显示出具有扭曲的hcp拓扑结构。在此基础上，Pu在0.1MPa时的原子体积的上升也可以合理化
2004-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Design rules for industrial-scale sintering of UB4-UBC composites with high uranium density
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）
研究通过工业级硼碳热还原法合成UB4-UBC复合材料，利用原位XRD和TGA分析其结构演变与氧化行为，发现其铀含量高且高温氧化性能优异，有望成为改进的铀硼化物燃料形式。
2026-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Thermophysical properties of spark plasma sintered UCo: a comparison with machine learning predictions
Kyoto University（京都大学）；Osaka University（大阪大学）
本研究通过实验验证了机器学习对UCo热导率预测的准确性，并展示了其在筛选高热导率铀化合物中的应用价值。
2026-02-02 cond-mat.mtrl-sci
Structure and Phase Transitions of Metastable Hexagonal Uranium Thin Films
我们报道了一种简单的技术，用于合成厚度在175-2800埃之间的单轴织构的、亚稳的六方密排状铀薄膜。通过X射线衍射和反射率研究了层的初始结构和织构，并通过类似的技术绘制了样品到正交$α$ -U的各种取向的随时间变化的转变。每个系统的最终结晶取向和时间尺度上发生的过渡被发现依赖于原始层的晶格参数。在过渡产物中没有$α$ -U（001）取向表明，这些层中的过渡是由[110]横向声学声子模式以外的机制介导的，而不是先前提出的立方$γ$ -U（110）到hcp-U（00.1）到$α$ -U（001）的位移相变。替代过渡途径进行了讨论。
2022-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Correlating the Energetics and Atomic Motions of the Metal-Insulator Transition of M1 Vanadium Dioxide
经历可逆金属-绝缘体转变的材料是新一代器件的明显候选者。为了实现这种潜力，必须完全确定这种转变的基本微观机制。在这项工作中，我们探讨的能量景观和二氧化钒的金属-绝缘体过渡的电子结构和原子运动发生使用第一性原理计算和高分辨率X射线衍射之间的相关性。计算发现，在高温和低温相之间的能量势垒对应于收缩，随后是相邻子晶格上的钒原子之间的距离的膨胀。X射线衍射揭示了低温结构的晶面中的各向异性应变增宽，然而仅针对具有受此压缩/膨胀影响的间距的那些。GW计算表明，穿越这个障碍不稳定的键合/反键分裂的低温相。这种对分离两种结构的能垒起源的精确原子描述将有助于更精确地控制新应用和器件的跃迁特性。
2016-06-03 cond-mat.mtrl-sci
A study of uranium-based multilayers: I. Fabrication and structural characterisation
本文讨论了一系列U/Fe、U/Co和U/Gd多层膜的结构特征。X射线反射率已被用来调查沿生长方向的层厚度和粗糙度参数和高角衍射测量已被用来确定层的晶体结构和取向。对于铀/过渡金属系统的情况，界面是扩散的，并且过渡金属以它们共同的体相的多晶形式存在，具有沿着最近堆积平面的优选取向;分别为Fe，bcc（110）和Co，hcp（001）。铀是一种结晶性差的斜方晶系，α-U状态。相比之下，U/Gd多层膜具有尖锐的界面，原子种类的混合可以忽略不计，并且具有粗糙度，这强烈依赖于钆层厚度。衍射光谱表明，在U和Gd层与强度一致的一个新的六方晶系U相的生长，稳定的六方晶系钆层的结晶度高。
2007-04-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Impact of dynamic Jahn-Teller effect on magnetic excitations, lattice vibration, and thermal conductivity in UxTh1-xO2 system
本文结合实验与第一性原理热输运模型，揭示UxTh1-xO2中动态Jahn-Teller效应、声子-自旋散射及磁激发对低温热导率的影响。
2024-12-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Titanium dioxide synthesized using titanium chloride: Size effect study using Raman and Photoluminescence
采用湿化学法制备了二氧化钛（TiO 2）纳米晶，并用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、拉曼散射（RS）和光致发光（PL）等手段对其进行了表征。X射线衍射结果表明，两种样品均形成了平均粒径为7 nm和15 nm的纳米晶TiO 2。X射线衍射、透射电子显微镜（TEM）和拉曼散射（Raman）分析表明，两种样品的TiO 2纳米晶均为锐钛矿结构。小颗粒的PL强度较大，这是由于颗粒的缺陷和尺寸变化造成的。一个修正的声子约束模型，包括尺寸分布，一个新的约束函数的TiO 2纳米晶体和平均色散曲线的大部分色散声子分支（G-X方向）已被用来解释拉曼光谱的尺寸变化。得到的拉曼峰位移和半高宽与实验结果一致。我们的观察结果表明，声子限制效应是负责一个显着的移动和扩大的拉曼峰。
2009-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interaction between U/UO2 bilayers and hydrogen studied by in-situ X-ray diffraction
本文报道了H $_{2}$与铀金属氧化物双层膜反应的实验研究。双层由$\leq$ 100 nm的外延$α$（生长在沉积在蓝宝石上的Nb缓冲层上）和厚度在20和80 nm之间的UO $_{2}$覆盖层组成.这些氧化物是通过反应磁控溅射沉积而成，或者是让铀金属在室温下在空气中氧化而成。将双层暴露于氢气，样品温度在80和200 ℃之间，并通过原位X射线衍射和使用扫描透射电子显微镜-电子能量损失光谱（STEM-EELS）进行的补充实验进行监测。H $_{2}$的小分压引起U金属的快速消耗，并导致UO $_{2}$覆盖层和U金属的衍射峰的强度和位置的变化。U的消耗率存在方向依赖性。根据晶格参数的变化，我们推断氢同时进入氧化物和金属层，使氧化物收缩，金属膨胀。空气生长的氧化物覆盖层似乎阻碍H $_{2}$ -反应达到阈值剂量，但随后在从80 ℃加热到140 ℃时，消耗比刚沉积的覆盖层更快。STEM-EELS确定U-氢化物层位于氧化物-金属界面处，并且初始形成在缺陷或晶界处，并且涉及非晶和/或纳米晶UH $_{3}$的形成。这解释了为什么没有观察到来自UH $_{3}$的衍射峰。{ \textcopyright British Crown Owned Copyright 2017/AWE}
2017-12-20 cond-mat.mtrl-sci
A magnetic structure of ruthenium dioxide (RuO2) and altermagnetism
本文通过对比实测与计算衍射图谱推断RuO2的磁结构，其磁对称性允许手性与压磁效应，并检验了交变磁性的非相对论性要求。
2023-06-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
High Pressure X-Ray Diffraction Study of UMn2Ge2
锗化铀锰（UMn_2Ge_2）在室温下为体心四面体ThCr_2Si_2结构，空间群为I_4/mmm，a = 3.993A，c = 10.809A。利用能量色散X射线衍射研究了UMn_2Ge_2在金刚石压砧中的压缩行为。在26 GPa的静态压力下对样品进行了研究，在~ 16.1 GPa的压力下观察到可逆的结构相变。在12.4GPa下测定了晶胞参数，用Murnaghan状态方程很好地再现了晶胞体积的计算结果，K 0 = 73.5GPa，K' = 11.4。16.0 GPa以上高压相的结构非常复杂，具有非常宽的谱线，并且不能用现有的仪器分辨率明确地确定。
2004-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Growth of ultra thin vanadium dioxide thin films using magnetron sputtering
在这项工作中，超薄VO $_2$薄膜上的工艺相关的非晶SiO $_2$表面上使用反应直流磁控溅射的结果。结果表明，在低氧分压下的沉积后退火是稳定SiO $_2$表面上的VO $_2$（M $_{1}$）相的有效方法。厚度为42 nm的VO $_2$薄膜具有连续的微结构，当温度高于72 $^{o}C$时，薄膜的电阻率变化超过200倍。该膜在加热和冷却时显示出金属-绝缘体转变温度的滞后，宽度约为8 $^o$ C。发现低温半导体相的电阻率是热激活的，激活能为0.16 $\pm$ 0.03 $ev$。X射线衍射应力测量表明，超薄VO $_2$膜具有2.0 $\pm$ ± 0.2 $GPa$的大拉伸应力。该值与计算出的VO $_2$薄膜和硅衬底之间的热膨胀差引起的热应力吻合得很好。应力导致金属-绝缘体转变温度偏移约4 $^{o}C$。
2016-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic compression in the high pressure regime of pure and Cr-doped vanadium dioxide
我们目前的结构研究V $_{1-x}$ Cr $_x$ O $_2$（纯，0.7%和2.5%的Cr掺杂）化合物在室温下在金刚石压砧单元的压力高达20 GPa，使用同步辐射X射线粉末衍射。所有的样品研究表明，持久性的单斜$M_1$对称性之间的4和12 GPa。在12 GPa以上，单斜$M_1$对称性改变为同构的$M_x$相（空间群$P2_1/c$），其中$M_{1}$相的$c$平面的晶格压缩具有显著的各向异性。这种行为可以被调和调用的压力引起的电荷离域。
2012-05-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Combination of thermal and electric properties measurement techniques in a single setup suitable for radioactive materials in controlled environments and based on the 3-omega approach
我们设计并开发了一种新的实验装置，基于3 Ω方法，在宽温度范围（2-550 K）和高达9 T的磁场下测量各种样品的热导率、热容和电阻率。通过测量各种金属（铜、铂和康铜）和绝缘材料（SiO_2）的热导率，验证了该方法的有效性，这些材料的热导率范围很宽（1-400 Wm-1 K-1）。我们已经成功地利用这种技术测量了两个锕系单晶，二氧化铀和氮化铀的热导率。这种研究核材料的新实验方法将有助于推进反应堆燃料的开发和理解。我们还表明，这种实验设置可以适应物理特性测量系统（量子设计）环境和/或其他制冷机系统。
2018-04-03 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
The FAST Framework: Developing a Data-Efficient Machine Learning Potential to Decode Superionic Transition-Induced Thermophysical and Kinetic Anomalies in UO2 under Extreme Conditions
State Key Laboratory for Strength and Vibration of Mechanical Structures, Shaanxi Engineering Laboratory for Vibration Control of Aerospace Structures, School of Aerospace, Xi'an Jiaotong University（西安交通大学航天学院）；Aircraft Strength Research Institute of China（中国飞机强度研究所）
提出FAST框架，通过主动学习和超离子目标采样构建仅500个构型的数据集，微调基础模型得到UO2的机器学习势，准确预测超离子转变引起的热物理和动力学异常，并揭示其微观机制。
2026-06-23 cond-mat.mtrl-sci
High-precision molecular dynamics simulation of UO2-PuO2: pair potentials comparison in UO2
我们的系列文章致力于使用高性能图形处理器（GPU）在刚性离子和对相互作用（RIPI）近似下对混合锕系元素-氧化物（MOX）燃料进行高精度分子动力学模拟。在这第一篇文章中，10个最新的和广泛使用的原子间的对势（SPP）的评估再现的二氧化铀（UO 2）的固相性质的晶格常数，体积模量，焓和热容的温度依赖性。在从300 K到熔点的宽温度范围内以1 K的精度进行测量。最好的结果由最近的两个SPP MOX-07和Yakub-09证明，它们都在300- 3100 K的温度范围内符合推荐的热膨胀。在2500 K以上的温度下，它们比广泛使用的SPP Basak-03和Morelon-03更好地再现了实验数据。
2011-06-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
On-Surface Synthesis of a Pure and Long-Range-Ordered Titanium(IV)-Porphyrin Contact Layer on Titanium Dioxide
通过同步辐射光电子能谱、电子衍射、扫描隧道显微镜形貌学和密度泛函理论的计算，研究了卟啉在TiO 2（110）表面单层饱和覆盖下的分子排列以及化学和结构修饰的可能性。游离碱四苯基卟啉（2 H-TPP）吸附在氧排上，在那里它们可以自发地在其亚胺氮（4 H-TPP）上捕获两个额外的氢原子。2 H-TPP和4 H-TPP分子在单层膜的饱和覆盖下均聚集成相应的相。在样品加热时，自金属化反应在100 C下开始，在~ 200 C下产生饱和单层的完全金属化。Ti原子从基质中提取，并通过吡咯氮原子的同时脱氢，掺入卟啉大环中，在那里它们保持与下面的两个氧原子配位。无论是吸附几何形状（桥上，顶部的氧行），也没有改变整个自金属化过渡到300 C的分子排列。一方面，这种饱和阶段的鲁棒性使其成为一种有前途的系统，用于将其应用于光伏器件和光伏器件。另一方面，当设计卟啉敏化太阳能电池时，必须考虑金属与非常活性的Ti原子交换的可能表现，因为自金属化开始的临界温度非常接近光伏器件的正常工作温度。
2022-06-08 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
In situ diffraction study of catalytic hydrogenation of VO2: Stable phases and origins of metallicity
通过化学掺杂来控制电子布居是在具有强电子相关性的材料中打破竞争相之间平衡的一种方式。在电子-电子和电子-晶格相互作用的驱动下，二氧化钒在约338 K处在高温四斜晶系金属态（T）和低温单斜晶系绝缘态（M1）之间表现出一级相变。VO 2与原子氢的嵌入已被证明，有证据表明，这种掺杂抑制过渡。然而，插层氢对所得氢化物的晶体和电子结构的详细影响以前没有报道。在这里，我们提出了同步辐射和中子衍射研究这种材料系统，绘制出的结构相图作为温度和氢含量的函数。除了原始的T和M1相，我们发现两个正交相，O 1和O2，这是稳定在较高的氢含量。我们提出的密度泛函计算，确认这些国家的金属性，并讨论氢稳定导电相的物理基础，在金属-绝缘体过渡的背景下。
2014-06-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
High-quality Tungsten-doped Vanadium Dioxide Thin Films Fabricated in an Extremely Low-oxygen Furnace Environment
School for Engineering of Matter, Transport and Energy, Arizona State University（亚利桑那州立大学物质、传输与能源工程学院）
本研究通过极低氧炉环境制备高质量钨掺杂氧化钒薄膜，优化氧化、退火和还原工艺，降低IMT温度，提升薄膜性能。
2025-09-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Structural properties of epitaxial α-U thin films on Ti, Zr, W and Nb
本文研究了在Ti、Zr、W和Nb缓冲层上外延生长的α-U薄膜结构，发现了新的外延匹配关系并修正了以往畴结构认识，为研究外延应变对α-U低温电子性质的影响奠定基础。
2023-08-08 cond-mat.mtrl-sci
An oxygen-rich, tetrahedral surface phase on high-temperature rutile VO$_2$(110)$_\text{T}$ single crystals
二氧化钒在接近室温时经历从绝缘（单斜）到金属（四斜）相的金属-绝缘体转变（MIT），这使其成为许多应用的有前途的功能材料，例如作为化学传感器。关于它的表面和界面性质知之甚少，尽管这些在它的许多应用中至关重要。本工作提出了一个原子尺度的研究四金红石VO $_2$（110）$_\text{T}$单晶表面和报告的结果与扫描隧道显微镜（STM），低能电子衍射（LEED）和X射线光电子能谱学（XPS），支持密度泛函理论为基础的（DFT）计算。表面重建成富氧的（2 $\times$ 2）超结构，该超结构与下面的未重建的（110）-（1 $\times$ 1）表面的小块共存。（2 $\times$ 2）表面终止的最佳结构模型，概念上来自五氧化二钒（001）单层，由角共享四面体的环组成。在很宽的氧化学势范围内，这种重构比未重构的（110）表面以及文献中提出的模型更稳定。
2021-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Interesting magnetic response of the nuclear fuel material UO2
本文通过测量随温度和磁场变化的直流磁化强度，研究了二氧化铀的磁响应。UO 2在室温下是顺磁体。然而，磁化率，偏离居里-外斯（CW）的顺磁行为低于T = 280 K。进一步降低温度，UO 2经历相变到TN = 30.6 K以下的反铁磁状态。零场冷却（ZFC）和场冷却（FC）磁化强度在TN以下表现出明显的热磁不可逆性。FC磁化强度的温度依赖性更像铁磁体，而ZFC磁化强度表现出在反铁磁体中通常观察不到的独特结构。在低外加磁场中，这种磁化的热磁不可逆性以一种微妙的方式存在，即使在TN以上的顺磁区直到相当高的温度，但在高外加磁场中消失。对CW定律的偏离以及ZFC和FC磁化强度之间的不可逆性表明TN以上的顺磁态不是一个简单的顺磁态。TN以下的磁响应随外加磁场的增大而显著变化。磁化过程中的热磁不可逆性随外加磁场强度的增大而增大，但在较高的外加磁场下则减小。在磁化强度的等温磁场变化中也观察到磁场诱导相变的细微特征。所有这些实验结果突出了UO 2反铁磁态的非平凡性质
2021-04-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
High-precision molecular dynamics simulation of UO2-PuO2: Anion self-diffusion in UO2
我们的系列文章致力于使用高性能图形处理器（GPU）在刚性离子和对相互作用（RIPI）近似下对混合锕系元素-氧化物（MOX）燃料进行高精度分子动力学模拟。本文利用最近广泛使用的十组原子间对势（SPP），在周期（PBC）和孤立（IBC）边界条件下，研究了二氧化铀（UO 2）中氧负离子的自扩散机制。测量的扩散系数范围很广（从熔点时的10^-3 cm ^2/s到1400 K时的10^-12 cm ^2/s），这使得模拟结果与实验数据（仅在低温（T < 1500 K）下已知）的直接比较（无需外推）成为可能。一个非常详细的（1 K的温度步长）计算的扩散系数使我们能够绘制的扩散激活能及其衍生物的温度依赖性，这两者都显示了一个宽（~1000 K）的超离子过渡区确认了我们之前获得的热容量的宽的峰值。结果表明，在无表面缺陷或人工嵌入缺陷的模型晶体中，阴离子自扩散不受SPP影响，而是通过交换机制进行，而不是以往工作中所认为的间隙或空位机制。交换扩散激活能与晶格静力学计算的反Frenkel缺陷形成能相吻合。
2012-10-30 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Distinct magnetic phase transition at the surface of an antiferromagnet
在大多数磁系统中，表面需要在与主体相同的温度下有序。在本研究中，我们报告了一个独特的和意想不到的表面磁相变，唯一的温度低于内尔温度。利用掠入射X射线共振磁散射技术，我们观察了二氧化铀的近表面行为。UO $_2$是一种非共线的三重q反铁磁体，其U离子位于面心立方晶格上。理论研究表明，在表面处，由于失去键，当表面附近的自旋旋转时，能量增加减少，逐渐失去其与表面分量的法线。在表面，最低能量的自旋组态具有双q（平面）结构。随着温度的升高，热波动使表面处的面内晶体场各向异性饱和，导致具有铁磁$XY$特性并且与体相解耦的软激发。有限的二维$XY$模型的结构因子，适合的散射强度的几个数量级的实验数据。我们的研究结果支持一个明显的磁过渡在表面的Kosterlitz无磁普适性类。
2014-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Study of High Temperature Thermal Behavior of Alkyl and Perfluoroalkylsilane Molecules Self-Assembled on Titanium Oxide Nanoparticles
采用扫描电子显微镜（SEM）、动态光散射（DLS）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等先进的显微和光谱技术，研究了1H，1H，2 H，2 H-全氟辛基三氯硅烷（FOTS）和辛基三氯硅烷（OTS）分子自组装在钛白（TiO 2）纳米粒子上的高温热行为。将FOTS SAM和OTS SAM包覆的TiO 2纳米颗粒加热到从室温（RT）到550 ℃的不同温度范围。利用SEM和DLS技术对不同峰值温度下热处理的FOTS SAM和OTS SAM包覆的TiO 2纳米粒子的微观结构和粒径分布进行了表征。利用FTIR光谱研究了FOTS SAM和OTS SAM包覆TiO 2的热稳定性和降解性能。我们发现FOTS SAM在TiO 2上在450 ℃下非常稳定，而OTS在TiO 2上在250 ℃下稳定。对称和不对称的CF 2和CH 2的峰频率、峰强度和半高宽（FWHM）证实了我们的观察。在这项研究中，我们成功地协同FOTS/OTS SAM和TiO 2纳米颗粒的表面和温度敏感特性，以便将它们用于高要求的表面和温度敏感纳米技术应用
2014-10-01 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.chem-ph
