Geometry of Defects in Solids
本文提出了非欧几何与固体缺陷之间的联系。在缺陷的性质和物质空间的特定几何性质之间绘制对应关系不仅阐明了固体中缺陷的基本结构，而且提供了一种在物理理论中表示缺陷密度的明确方法。我们提出了一个严格的背景，从经典微分几何的相关概念，以及孤立的缺陷在晶格中的插图，激发连续缺陷密度和各种张量场之间的关系在微分几何。我们确定的黎曼-克里斯托弗张量（或曲率张量），嘉当张量（或扭转张量），和非度量张量（从度量张量的协变导数获得），与物质空间，与向错，位错和点缺陷（空位，位错，替代）的密度，分别。最后，我们对与缺陷分布有关的弹性应力场以及本理论与广义相对论之间的类比进行了讨论。
2013-12-23 cond-mat.mtrl-sci
On a universal relation for defects in solids
我们表明，缺陷数据参数相关的各种缺陷过程，例如，形成、迁移、介电弛豫参数等都服从一个普遍规律。特别地，缺陷熵与所考虑的工艺无关地随缺陷熵缩放。本文给出了SrF $_2$的一个具体例子，考虑了掺杂Ce、Eu和Gd三价离子的晶体的介电弛豫参数（R $_1$弛豫机制），阴离子Frenkel形成的参数以及阴离子空位迁移和阴离子间隙运动的参数。
2017-04-10 cond-mat.mtrl-sci
First principles theory of the EPR g-tensor in solids: defects in quartz
本文提出了一种可靠地预测固体中顺磁缺陷的EPR g张量的理论。它是基于密度泛函理论和基于包括投影缀加波（GIPAW）的规范方法来计算全电子磁响应的。与现有的量子化学和实验数据的选择双原子自由基的方法进行了验证。然后我们进行了EPR ${\rm g} $ -张量在固态下的第一次预测，发现结果与实验非常符合的$E'_1$和替代的P缺陷中心在石英。
2001-12-21 cond-mat.mtrl-sci
A remark on the negative activation volume for defects in solids
从高于其玻璃化转变温度$T_g$的温度淬火的玻璃态材料的老化过程的演变，当绘制松弛焓与体积减少的关系图时，导致与接近$T_g$的等温压缩率相当的斜率。这一经验结果在早期的出版物中得到了解释（V. Katsika-Tsigourakou，G. E. Zardas J. Non-Cryst. Solids 356（2010）179-180）中描述。在这里，我们表明，相同的模型能够解释固体中的负缺陷激活的罕见情况。
2017-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Microcracks and inhomogeneously distributed defects in solids
本文提出了晶体中微缺陷局部非均匀随机分布的概念。本文提出了一种计算含非均匀分布缺陷固体的某些物理性质的方法。这种不均匀性的一系列物理性质的贡献进行了计算和讨论。这种贡献超过了均匀分布的缺陷的数量级。计算了非均匀性对电导率、霍尔效应和磁电阻的贡献。考虑了非均匀位错晶体的弹性能和体积。结果表明，在裂纹扩展过程中，随机位错的弹性能的弛豫促进了这一过程。这些结果解释了过度变形金属的分层现象。
2007-02-09 cond-mat.mtrl-sci
New techniques for imaging and identifying defects in electron microscopy
晶体材料中的缺陷控制着材料的性能，它们的表征集中在我们优化性能的策略上。电子显微镜已成为我们理解缺陷结构及其相互作用的支柱，由于有益的空间分辨率和对比度机制，使直接成像的缺陷。这些缺陷存在于复杂的微观结构和化学环境中，需要结合实验方法进行完整的缺陷表征。在这篇文章中，我们描述了最近的进展和趋势的方法检查缺陷，使用扫描电子显微镜平台，其中几个新兴的方法提供了有吸引力的好处，例如，在相关的显微镜跨长度尺度和原位研究缺陷动态。
2019-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Corrections to sink strengths used in rate equation simulations of defects in solids
平均场速率方程已被证明是一种通用的方法，在模拟缺陷的动力学和材料的微观结构的时间变化。然而，该方法的可靠性和实用性严重依赖于所使用的缺陷相互作用参数。在这项研究中，我们表明，汇的强度也取决于脱陷或解离过程。缺陷被去除后的下沉强度比通常使用的值大得多。我们提出了一种如何确定适当的汇强度的理论，并表明，在某些情况下，如果忽略脱陷对汇强度参数的依赖性，速率方程方法会给出错误的结果。
2019-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Excitonically-Induced Mechanisms of Inelastic Processes in Rare-Gas Solids
讨论了稀有气体固体中永久性晶格缺陷的形成模型，重点讨论了固体Ar中点缺陷的形成。利用选择真空紫外光谱方法研究了电子激发引起的原子大尺度位移过程。发现Frenkel缺陷形成的本征激子机制和非本征里德伯态诱导的激发态机制共存。
2004-08-07 cond-mat.mtrl-sci
New Methods for Calculating the Free Energy of Charged Defects in Solid Electrolytes
介绍了一种计算带电缺陷对离子晶体构型自由能贡献的方法。本文将与温度无关的Wang-Landau蒙特卡罗方法应用于一个简单的固体电解质模型，该模型由晶格上的带电荷的正缺陷和负缺陷组成。在周期性边界条件下计算了晶格上的静电能，并将其用于计算该系统的态密度和热力学势。作为缺陷浓度和温度的函数的自由能被精确地描述由一个定期的解决方案模型高达10%的缺陷的浓度，远远超出了理想溶液理论所描述的范围。该方法，补充了短期的能源条款，建议作为一种替代自由能的方法，需要在一定的温度范围内进行一些模拟。
2013-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Revisiting the Formulation of Charged Defect in Solids
该研究重新审视固体带电缺陷的表述，通过追踪总能计算的参考能证明势对齐修正为零、经典Markov-Payne修正准确，还推导了四极修正表达式，在小超胞中实现了准确的缺陷形成能计算，并解释了2+价金刚石空位收敛慢的原因。
2024-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Noble gas functional defect with unusual relaxation pattern in solids
通过第一性原理计算，本研究挑战惰性气体化学惰性的传统观点，证明其在功能氧化物中可作为功能缺陷，改变电子局域态并显著影响材料性质。
2023-06-21 cond-mat.mtrl-sci
$Ab$ $initio$ Study of Substitutional Defects in Li$_{3}$OCl Solid Electrolyte for Li-ion Batteries
University of Missouri Research Reactor, University of Missouri（密苏里大学研究反应堆，密苏里大学）；Department of Physics and Astronomy, University of Missouri（密苏里大学物理与天文学系）；Materials Science and Engineering Institute, University of Missouri（密苏里大学材料科学与工程研究所）；Department of Chemical and Biomedical Engineering, University of Missouri（密苏里大学化学与生物医学工程系）
本研究通过密度泛函理论计算，探讨了中子辐照产生的B、He、H替代缺陷对反钙钛矿固态电解质Li$_3$OCl缺陷化学的调控作用，为全固态电池材料设计提供了新策略。
2026-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Normal modes, and acoustic properties, of an elastic solid with line defects
描述了具有随机分布的线缺陷的连续固体的简正模，这些线缺陷的行为类似于弹性弦。这些弦与体中的弹性波相互作用，产生波的色散和衰减。如在非晶材料中，作为频率$ω$的函数的衰减对于低频表现为$ω^4$，并且随着频率增加，交叉到$ω^2$，然后在$ω$中变为线性。色散在频率上衰减为四次和二次的频率范围内为负。明确的公式提供了这些属性的弦态密度。{因此，连续介质力学既可以应用于晶体材料，也可以应用于类似长度尺度的非晶体材料。}讨论了将该模型与非晶材料的微结构联系起来的可能性。
2014-09-23 cond-mat.mtrl-sci
First-principles computational study of defect clustering in solid solutions of ThO$_{2}$ with trivalent oxides
用电子密度泛函理论（DFT）研究了萤石型ThO $_{2}$与三价阳离子（Sc，In，Y，Nd，La）氧化物固溶体中的混合和缺陷有序的热力学.通过DFT计算的晶格代数技术枚举的结构，我们确定了最低能量的模式，为四个单独的掺杂剂浓度的缺陷集群。最稳定的结构的特征在于氧亚晶格上最近邻空位之间的排斥相互作用。相对于组成氧化物的形成的结晶度对于所考虑的所有掺杂剂都是正的，并且显示出随着三价掺杂剂的尺寸和电负性的减小而在量值上减小的趋势。由于La掺杂剂的小的正形成势和低的氧空位结合能，预测La $_{2}$ O $_{3}$ -ThO $_{2}$固溶体相对于所考虑的其它异价掺杂剂具有相对高的离子电导率。我们的研究结果进行了比较，为更广泛的研究ZrO $_{2}$和CeO $_{2}$萤石结构的三价阳离子的固溶体。
2010-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Distribution of Formation and migration energies of point defects in concentrated solid-solution alloys: Ni_{0.5}Co_{0.5}, Ni_{0.5}Fe_{0.5}, Ni_{0.8}Fe_{0.2} and Ni_{0.8}Cr_{0.2}
利用从头计算和特殊的准随机结构，我们表征了Ni基固溶体合金Ni_{0.5} Co_{0.5}，Ni_{0.5} Fe_{0.5}，Ni_{0.8} Fe_{0.2}和Ni_{0.8} Cr_{0.2}中缺陷形成能和迁移势垒的分布.由于缺陷形成能敏感地依赖于元素的化学势，我们已经开发出一种计算效率高的方法来确定它，考虑到全球的组成和本地的短程顺序。我们发现，在这四种元素中，Fe对Ni的合金化作用最大。结果表明，空位和间隙原子的迁移能分布存在一个重叠区，这将有利于它们之间的复合。
2016-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Nanoacoustic Defect Manipulation in Solids
在纳米级体积内，声波与离子固体中的辐射缺陷相互作用。离子晶体中的辐射诱导光吸收被室温超声处理的晶体显着消除。结果表明，这种效应可以用超声场中发生的缺陷迁移过程来解释。离子间的电荷交换，被称为声刺激的化学反应，进一步建议发生影响的缺陷迁移。这种对固体中的辐射缺陷进行冷退火的新方法可以被视为纳米声学缺陷操纵。
2004-12-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Identifying defect-tolerant semiconductors with high minority carrier lifetimes: Beyond hybrid lead halide perovskites
甲基铵卤化铅（MAPbX3）钙钛矿的出现促使识别引起异常的体传输性质的独特性质，并识别具有类似性质的未来材料。在这里，我们提出，这种“缺陷容限”出现从基本的电子结构特性，包括轨道特性的传导和价带极值，有效质量，和静态介电常数。我们使用MaterialsProject.org搜索和详细的电子结构计算来证明MAPbX 3以外的其他材料的这些特性。这种材料发现的框架可以更广泛地应用，以加速基于对最近成功的新兴理解的新半导体的发现。
2015-05-21 cond-mat.mtrl-sci
X-ray nanoimaging of crystal defects in single grains of solid-state electrolyte AlxLi7-3xLa3Zr2O12
与传统的液体电解质电池相比，全固态锂电池有望在能量密度和安全性方面取得显著改善。Al掺杂的AlxLi 7 - 3xLa 3 Zr 2 O 12（LLZO）固态电解质由于其高离子电导率和良好的热、化学和电化学稳定性而显示出优异的潜力。然而，LLZO的电化学和机械性能的进一步改善需要对其局部微观结构的深刻理解。在这里，我们采用布拉格相干衍射成像调查的原子位移内的单个晶粒的LLZO与各种Al掺杂浓度，导致立方，四，和四-四混合结构。我们观察到共存的领域中的不同的晶体取向的tetraxide结构。我们进一步表明，Al掺杂导致晶体缺陷，如位错和相边界的混合相和双相晶粒。该研究解决了Al掺杂对LLZO单个晶粒内的纳米结构的影响，这对于固态电池的未来发展具有参考价值。
2021-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Overscreening and Underscreening in Solid-Electrolyte Grain Boundary Space-Charge Layers
多晶固体可以表现出与等效单晶样品显著不同的材料性质，部分原因是移动点缺陷自发重新分布到邻近晶界的所谓空间电荷区域。这些空间电荷区域的一般分析形式仅在稀释极限中是已知的，其中缺陷-缺陷相关性可以被忽略。使用三维库仑格子气的动力学蒙特卡罗模拟，我们表明，在非稀固体电解质中的晶界空间电荷区域表现出过屏蔽-阻尼振荡空间电荷配置文件-和欠屏蔽-衰减长度长于相应的德拜长度，并随着缺陷-缺陷相互作用强度的增加而增加。过屏蔽和欠屏蔽是浓缩液体电解质中的已知现象，并且在固体电解质空间电荷区域中观察到功能类似的行为表明，相同的基本物理驱动两类系统中的行为。因此，我们希望开发的理论方法来研究非稀释液体电解质，以同样适用于未来的研究固体电解质。
2021-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Energetics of thermal inactivation of excitonically-induced defect formation in rare-gas solids
通过拟合在同步辐射选择性光激发下测量的缺陷形成速率与温度的关系，得到了稀有气体固体中激子诱导缺陷形成的热失活热力学参数。
2007-11-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Total transmission and total reflection of acoustic wave by zero index metamaterials loaded with general solid defects
本文研究了声波在含有一般固体缺陷的零折射率超材料波导中的传输特性。通过调整固体缺陷的参数可以实现全透射和全反射。我们全面地研究了固体缺陷的纵/横波速度对声波在波导中传播的影响。一个二维（2D）的零折射率的声学晶体（AC）系统被用来实现这些有趣的传输特性。因此，我们的工作提供了更多的可能性，通过ZIM操纵声波传播。
2013-08-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Kinetics of Exciton Self-Trapping Induced Defect Accumulation in Rare-Gas Solids
本文用选择性真空紫外光致发光方法研究了稀有气体固体中由于激子自陷而引起的缺陷积累过程的动力学。应用稀有气体样品中缺陷积累的简单动力学模型拟合了固体氘和氖的发光剂量依赖关系。通过对“缺陷”子带发光强度随时间的变化关系进行线性变换，得到了特征动力学参数。
2009-02-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Point defect in solids: Shear dominance of the far-field energy
结果表明，各向同性固体中远离点缺陷的弹性能主要是剪切弹性能。的计算，这是基于一个标准的偶极子展开，表明无论多大或小的体积模量相比，剪切模量，小于10%的远点缺陷能量与体积变化。
2007-01-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Native point defects and low $p$-doping efficiency in $Mg_2 (Si,Sn)$ solid solutions: A hybrid-density functional study
我们进行混合密度泛函计算，调查带电的缺陷形成能量的原生点缺陷的$Mg_2 Si$，$Mg_2 Sn$，和它们的固溶体。通过混合密度泛函的带隙校正被发现是至关重要的，以确定在这些材料中的带电缺陷密度。对于$Mg_2 Si$，$Mg$材料占主导地位，并提供无意的$n$型导电性。另外，由于$Mg$空位可以在$Mg$贫乏的$Mg_2 Sn$中占主导地位，因此对于$Mg_2 Sn$，$p$型导电性是可能的.然而，在$Mg_2 Sn$中存在低形成能缺陷如$Mg_{Sn}^{1+}$和$I_{Mg}^{2+}$及其扩散可引起空穴载流子的严重电荷补偿，导致低的$p$型掺杂效率和热退化。我们的研究结果表明，除了非本征掺杂策略，合金化的$Mg_2 Si$与$Mg_2 Sn$下$Mg$ -穷人的条件将是必要的，以提高$p$型导电性与较少的电荷补偿。
2020-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Physics of band-filling correction in defect calculations of solid-state materials
本文系统研究了宽带隙绝缘体缺陷计算中后处理能带填充修正的物理机制，揭示了超胞尺寸对电子结构（含深能级）的显著影响，并强调能带填充计算需考虑缺陷引起的电子结构变化及收敛性，为提升缺陷形成能预测精度提供了关键指导。
2023-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Line and Point Defects in Nonlinear Anisotropic Solids
本文给出了具有分布线缺陷和点缺陷的非线性各向异性固体应力场的解析解。特别是，我们确定的应力场i）的平行圆柱对称分布的螺旋位错在无限正交各向异性和单斜介质中，ii）圆柱对称分布的平行楔向错在无限正交各向异性介质中，iii）分布的刃位错在正交各向异性介质中，和iv）球对称分布的点缺陷在横向各向同性球。
2018-01-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Crack Formation in Ceramic Films Used in Solid Oxide Fuel Cells
固体氧化物燃料电池（SOFC）的制造涉及多层陶瓷结构的制造，对于该多层陶瓷结构，约束烧结在许多情况下是关键的处理步骤。在烧结结构中经常观察到缺陷，但它们在烧结过程中的形成并不清楚。在这项工作中，各种陶瓷薄膜制备丝网印刷和各种缺陷观察。有些薄膜出现泥裂缺陷，而另一些则出现分布的大孔隙。泥裂纹缺陷被发现起源于存在于生膜中的细裂纹的网络，并且在干燥和粘合剂烧尽期间形成。控制这些早期阶段对于生产无裂纹薄膜至关重要。为了研究缺陷在烧结过程中如何演变，使用压痕在绿色薄膜中引入人工裂纹。据观察，裂纹开口总是在约束烧结过程中增加。相比之下，类似的初始裂纹可以在共烧结过程中闭合和愈合。
2015-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Grain Boundaries and Surfaces on Electronic and Mechanical Properties of Solid Electrolytes
本文通过构建11种固体电解质的590个表面和晶界库，揭示扩展缺陷会降低晶界分离能和断裂韧性、引入带隙内电子界面态，从而解释全固态电池中固体电解质的优先开裂及电化学行为。
2024-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Identifying candidate hosts for quantum defects via data mining
固态基质中的类原子缺陷是发展量子信息系统的有希望的候选者，但是尽管它们很重要，目前正在研究的基质/缺陷组合几乎完全是偶然发现的。在这里，我们通过对材料项目数据库中的所有条目应用组合的四阶段数据挖掘和手动筛选过程来系统地评估宿主材料的适用性，并基于文献的实验确认带隙值。我们确定了580个可行的主机基板量子缺陷的引入和使用在量子信息系统。虽然这构成了已知和潜在可行的材料系统数量的显著增加，但它仍然代表了已知无机相总数的显著（99.54%）减少，并且针对特定应用的额外选择标准的应用将进一步减少它们的数量。概述的筛选原则可以很容易地应用于以前未实现的阶段和其他技术上重要的材料系统。
2020-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Interconnection of point defect parameters in solids with bulk properties: Application to diamond
我们表明，缺陷熵和缺陷的缺陷在金刚石中的空位形成的焓的值，有一个比例，这是一个预测的模型提出了四十年前。这个模型，它互连的形成吉布斯能与体弹性和膨胀率的数据，最近也被发现的价值在高$T_c$ -超导体，以及在玻璃形成液体。
2017-04-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Influence of phonon and electron excitations on the free energy of defect clusters in solids: A first-principles study
虽然固体中纳米结构演化的许多过程发生在高温下，但从基态能量学获得的基本数据用于这些现象的建模。为了说明声子和电子激发对缺陷团簇自由结合能的影响，采用第一性原理计算对bcc Fe中的空位-溶质对以及空位和Cu的二聚体、三聚体和四聚体进行了计算.基于等体积（CV）和零压（ZP）条件下含缺陷超原胞在基态的弛豫所确定的平衡原子位置，在简谐近似的框架下计算了声子激发对自由结合能的贡献.电子激发的贡献是使用相应的基态数据的电子态密度。准谐波校正的ZP为基础的结果不产生显着的变化，在相关的应用程序的温度范围内。在1000 K的最大减少/增加的ZP为基础的数据的自由结合能的绝对值相对于相应的基态值被发现的空位-W（43%）/空位-Mn（35%）对。这些结果清楚地表明声子和电子激发对缺陷团簇自由结合能的贡献通常是不可忽略的。空位和铜二聚体、三聚体和四聚体的自由结合能的一般行为与空位-溶质对的自由结合能的一般行为相似。所得结果对研究固体中缺陷团簇的热力学和动力学具有普遍意义。
2016-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Producing Virtually Defect Free Nanoscale Ripples by Ion Bombardment of Rocked Solid Surfaces
用宽入射离子束轰击固体表面经常会产生纳米尺度的表面波纹。阻止采用离子轰击作为纳米制造工具的主要障碍是通常形成的图案中的高密度缺陷。我们的模拟结果表明，离子轰击可以产生几乎无缺陷的涟漪的表面上的元素固体，如果样品是同时和周期性地摇摆轴正交的表面法线和入射光束的方向。我们还研究了摇摆产生高度有序的波纹所需的条件，并讨论了我们的模拟结果可以通过实验重现。
2016-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Continuum mechanics of the interaction of phase boundaries and dislocations in solids
线缺陷表示奇异性由于终止不连续的弹性位移和梯度场的连续力学的发展。发展的目的是为应用程序耦合相变，晶界和塑性相关的现象，在个别线缺陷和畴壁的水平。连续分布的缺陷的方法是作为一个推广的离散，孤立的缺陷的情况下。平衡响应和耗散驱动力方面的框架无差异和非负机械耗散的本构指导。一个微分几何解释的缺陷运动学，并指出了相对简单的实际采用的运动学。理论的运动学结构强烈地指出耗散与严格变形相容性的不相容性。
2016-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Dissipative Interaction and Anomalous Surface Absorption of Bulk Phonons at a Two-Dimensional Defect in a Solid
我们预测一个极端的敏感性的耗散损耗的共振相互作用的体声子在固体中的二维缺陷。我们表明，在2D缺陷的横向声子的全共振反射，前面所述的没有考虑耗散，只发生在极限的非常弱的耗散和改变成几乎全透射相对较弱的体吸收。异常的横向声子的表面吸收，当一半的入射声能被吸收在2D缺陷，预测的情况下，“中间”体耗散。
1998-10-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Interconnection of point defect parameters in solids with bulk properties: A review
大约60年前和30年前，分别提出了两个模型来描述缺陷吉布斯能g^i与体性质的相互关系。由齐纳提出的一种假设是，g^i可以解释为使晶格产生应变的功，因此它与固体的剪切模量成正比。另一种认为，由于g^i对应于等压等温过程，因此它应该与等温体积模量和每个原子的平均体积成比例。这两个模型的结果进行了比较，为不同的过程（缺陷形成，自扩散激活，异质扩散）在各种固体，包括金属（面心立方，体心立方和tetraxide）以及固体，表现出超离子行为。我们发现后一个模型比前一个模型做得更好。
2017-04-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Defect-Induced Magnetism in Solids
在过去的几年中，名义上非磁性固体的数量显示出磁序由某种缺陷引起的不断增加。从单元素材料石墨到几种共价键合的非磁性化合物，空位和/或非磁性原子等缺陷对触发磁序的影响引起了实验学家和理论家的兴趣。我们回顾和讨论的主要理论方法，以及最近获得的实验证据的基础上不同的实验方法，支持存在的缺陷诱导磁性（DIM）在非磁性以及磁性材料。
2013-03-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Comments on the elastic properties in solid solutions of silver halides
近年来，第一性原理微观计算，使用广义梯度近似，出现了固体混合系统$AgCl{_x}Br_{1-x}$在各种组成。在这里，我们提出了一个模型，可以估计的压缩性的混合晶体的端元单独的压缩性。该模型使用单个参数，即，缺陷体积的可压缩性，当考虑到通过将“外来分子”添加到作为缺陷体积的主晶体而产生的体积变化时。
2017-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Spin-flip Bethe-Salpeter equation approach for ground and excited states of open-shell molecules and defects in solids
具有三重基态的磁性分子或缺陷等开壳层系统在电子结构方法中描述具有挑战性，但在量子信息应用中具有极大的兴趣。我们展示了一个自旋翻转的方法内的Bethe-Salpeter方程计算基态和激发态的开壳层分子和缺陷固体。该方法工作在周期性的边界条件，而不需要任何嵌入或选择的子空间。我们的基准结果的扭转势能面的乙烯和金刚石NV $^{-}$中心的光激发表现出良好的协议与文献，和低或中等水平的自旋污染。
2022-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Defects and glassy dynamics in solid He-4: Perspectives and current status
我们回顾了固体He-4在低温下的反常行为，特别注意固体中存在的结构缺陷的作用。讨论围绕两个层次的系统和结构的玻璃成分诱导观察到的异常可能的作用。我们建议，玻璃态行为的起源是由于动态的缺陷，如在He-4中形成的位错。在发达的框架内的玻璃组分在固体中，我们给出了一个总结的结果和预测的影响，包括机械，热力学，粘弹性，和电弹性贡献的玻璃响应固体He-4。我们提出的固态He-4的玻璃模型有几个含义：（1）He-4的反常性质可以通过允许缺陷在最低温度下冻结来解释。固体He-4的动力学由玻璃状（玻璃状）弛豫过程和弛豫时间的分布不同的扭转振子，剪切模量，和介电函数实验之间的显着变化。(2)任何缺陷冻结将伴随着与来自缺陷的熵贡献一致的热力学特征。由此可见，这种熵的贡献比所需的超流分数小得多，但它足以解释最低温度下的过剩熵。(3)我们预测的旋转和平面剪切的响应函数的实部和虚部之间的科尔-科尔型的关系是由于动态的缺陷。类似的结果适用于其他响应函数。(4)利用玻璃态动力学的框架，我们预测低频尚未被测量的电弹性功能，在缺陷丰富的He-4晶体。这些预测使人们能够直接测试的想法和非常存在的玻璃贡献，在He-4。
2012-09-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Thermodynamics and kinetics of solids fragmentation at severe plastic deformation
发展了非平衡演化热力学的方法。它有助于在绝热近似下描述缺陷形成的过程。基本方程组取决于初始缺陷分布（位错和晶界）。根据不同极限结构类型的实现域确定了相图。从内能的角度研究了几种缺陷类型对极限结构形成的相互作用。找到了两种极限结构形成的条件，并在绝热近似下研究了缺陷密度稳态值建立的动力学。在这种方法中，位错密度的变化遵循晶界密度的演变。结果表明，在极限结构中，晶粒尺寸随着弹性应变的增加而减小。
2015-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Internal sinks and the smoothing of the surface structure in solids under irradiation
本文考虑了辐照和点缺陷的内陷对固体表面结构的扁平化速率的影响。辐照只产生额外的外部源的点缺陷（空位和间隙原子）。一般系统的方程制定。在稳态条件下得到了系统的解，结果表明，辐照能增加或减少表面的平坦化速率，这取决于固体的某些参数。
1998-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Defects on Thermal Transport across Solid/Solid Heterogeneous Interfaces
本文结合第一性原理与蒙特卡洛模拟，系统研究了缺陷浓度和位置对 Si/SiC、GaN/SiC、Si/Diamond、GaN/Diamond 四种异质界面热输运的影响，揭示了缺陷诱导声子能量重新分布导致 GaN/SiC 界面 ITC 异常增强的机制，为高界面热导异质结构设计提供指导。
2025-08-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Lithium Metal Penetration Induced by Electrodeposition through Solid Electrolytes: Example in Single-Crystal Li6La3ZrTaO12 Garnet
固体电解质被认为是使用锂金属作为负电极的可再充电电池中的潜在使能组分，从而可以安全地获得比当今锂离子电池可获得的更高的能量密度。为此，固体电解质必须能够抑制形态不稳定性，所述形态不稳定性导致较差的库仑效率，并且在最坏的情况下导致内部短路。在这项工作中，锂电沉积实验进行使用单晶Li6La3ZrTaO 12石榴石作为固体电解质层，以调查的因素，确定是否发生锂渗透通过脆性无机固体电解质。在这些单晶中，排除了晶界作为锂金属传播的可能路径。然而，维氏显微压痕用于引入已知尺寸的尖锐表面缺陷。使用operando光学显微镜，发现锂金属渗透有时在这些受控的表面缺陷处开始，并且当存在不同尺寸的多个凹痕时，优先从最大的缺陷传播。然而，第二类缺陷被认为是同样或更重要的。在表面集电器的周边，增强的电沉积电流密度导致锂金属填充的裂纹开始并生长至穿透，即使当大的维氏缺陷非常接近时。模拟的实验配置的电场浓度，它表明，在字段中的增强因子5可以很容易地发生在10微米的集电器的不连续性，我们解释为电化学机械应力的起源导致故障。这样的场放大可以确定超临界表面缺陷在电沉积期间支配锂金属传播的位置，从而压倒其他地方存在的较大缺陷。
2018-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Spin-phonon decoherence in solid-state paramagnetic defects from first principles
金刚石和六方氮化硼中的顺磁缺陷具有独特的自旋和光学特性，使它们成为原型固态量子比特。尽管这些自旋量子比特的相干性受到自旋-声子弛豫的严重限制，但对这一过程的全面理解尚未实现。在这里，我们应用从头算自旋动力学模拟这个问题，并定量再现实验的自旋弛豫时间和自旋相干时间的温度依赖性。我们表明，低频的零场分裂的双声子调制负责自旋弛豫和退相干，并指出在2维材料的振动的性质作为其较短的相干时间的罪魁祸首。这些结果为固态顺磁缺陷中自旋-声子退相干提供了一种新的解释，为正确解释实验结果提供了一种新的策略，并为加速设计新的自旋量子比特铺平了道路。
2023-02-09 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Influence of vacancy defects in solid high-order harmonic generation
本文讨论了空位缺陷对固体高次谐波产生的影响。高次谐波谱的总能量截止随空位缺陷浓度的增加而增加，总谱逐渐转变为单一的倾斜谱，而在一次和二次平台之间没有突变。与纯固体中的谐波相比，具有空位缺陷的固体中的带隙以下谐波的光谱强度显著增强。谐波谱的变化是根据其有效能带结构来理解的。空位缺陷的存在局部地破坏了单位晶胞的平移对称性。因此，出现了新的缺陷态，为电子动力学打开了额外的路径。在伽柏轮廓中的不好分辨的电子轨迹证实了附加路径的干扰。此外，与对应于具有诸如欠掺杂或过掺杂的缺陷的固体的高阶谐波光谱相比，单个倾斜的高阶谐波光谱携带空位缺陷的独特特征。
2020-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Two Modes of Solid State Nucleation - Ferrites, Martensites and Isothermal Transformation Curves
当结晶固体如铁在结构转变过程中被冷却时，其最终的微观结构敏感地取决于冷却速率。例如，在过渡过程中绝热冷却会产生平衡的“铁素体”，而快速冷却则会产生亚稳的孪晶“马氏体”。目前还没有理论框架来理解这两种微观结构获得的动力学和条件。现有的马氏体动力学理论用弹性应变描述了这种转变，而没有对铁素体的出现做出任何解释。在这里，我们提供了非弹性变量{ \it即}所起的关键作用的证据，动态生成的界面缺陷。一个分子动力学（MD）模拟的模型2维（2D）的固态转变揭示了两种不同的成核模式取决于淬火温度。在高温下，在成核前沿产生的缺陷迅速松弛，从而产生各向同性生长的“铁氧体”。在低温下，缺陷的松弛非常缓慢，迫使原子沿着特定方向协调运动。这导致了一个孪生的临界核，它以与声音相当的速度迅速增长。基于我们的MD结果，我们提出了一个固态形核理论，涉及弹性应变和非弹性缺陷，成功地描述了铁素体和马氏体的转变。我们的工作提供了有用的见解，如何制定一个一般的动力学固态转换。
2001-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Design of defect spins in piezoelectric aluminum nitride for solid-state hybrid quantum technologies
宽带隙半导体中的自旋缺陷是在固态环境中实现量子比特或量子比特的有前途的系统。到目前为止，缺陷量子位只在具有强共价键的材料中实现。在这里，我们介绍了一个应变驱动的计划，合理地设计功能离子晶体中的缺陷自旋，这可能是潜在的量子比特。特别是，使用最先进的从头计算的混合密度泛函和多体微扰理论的基础上的组合，我们预测，带负电荷的氮空位中心的压电氮化铝表现出自旋三重态基态在现实的单轴和双轴应变条件下，这样的状态可以利用量子比特的实现。这里采用的应变驱动策略可以很容易地扩展到其他宽带隙半导体中的各种点缺陷，为控制离子系统中缺陷的自旋特性铺平了道路。
2016-02-02 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Modeling the momentum distributions of annihilating electron-positron pairs in solids
测量正电子湮没辐射的多普勒展宽或两个湮没伽马量子之间的角相关性反映了正电子在材料中看到的电子动量分布。固体中的空位型缺陷使正电子局部化，测量的光谱对缺陷的详细化学和几何环境敏感。然而，测量的信息是间接的，当使用它在缺陷识别比较与理论预测的光谱是必不可少的。本文提出了一种计算固体中正负电子对湮灭时动量分布的计算方法。用全电子投影缀加波方法描述价电子态及其与离子核的相互作用，用原子轨道描述核态。我们应用我们的数值方案选定的系统和比较三种不同的增强（电子-正电子相关）计划以前使用的密度泛函理论内的湮灭电子-正电子对的动量分布的计算。我们表明，使用状态相关的增强方案导致更好的结果比位置相关的增强因子的情况下，不同系统之间的多普勒频谱的比率。此外，我们证明了我们的计划研究空位型缺陷的金属和半导体的适用性。特别地，我们研究了正电子在空位型缺陷处所产生的力对离子弛豫的影响。
2005-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Deep Learning Analysis of Defect and Phase Evolution During Electron Beam Induced Transformations in WS2
了解固态相变和反应背后的基本机制是优化许多技术相关材料所需功能特性的关键。扫描透射电子显微镜（STEM）的最新进展允许实时可视化材料中的固态转变，包括由电子束和温度引起的转变，具有原子分辨率。然而，尽管不断扩大的高分辨率数据采集的能力，推断的动力学和热力学的过程和单个缺陷的动力学和相互作用的信息是最小的，由于所收集的数据量的手动非原位分析的固有限制。为了解决这个问题，我们开发了一个用于动态STEM成像的深度学习框架，该框架经过训练，可以找到打破晶格周期性的结构（缺陷），并将其应用于映射掺杂Mo的层状WS2中的固态反应和转换。该框架允许在几秒钟内从原始STEM数据（单个图像和电影）中提取数千个晶格缺陷，然后使用无监督聚类方法将其分类为不同的类别。我们进一步扩展了我们的框架，以提取硫空位的扩散参数，并分析了与由Mo掺杂剂和硫空位组成的缺陷复合物的不同配置之间的切换相关的跃迁概率，从而深入了解点缺陷动力学和反应。这种方法是通用的，它的应用，束诱导反应允许映射在原子水平上的固体化学转化途径。
2018-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Identifying substitutional oxygen as a prolific point defect in monolayer transition metal dichalcogenides with experiment and theory
硫族元素空位被认为是二维过渡金属二硫族化物（TMD）半导体中最丰富的点缺陷，并被预测会导致深能隙态（IGS）。因此，2D-TMD的光学响应中的重要特征通常归因于硫族元素空位，并得到透射电子显微镜（TEM）和扫描隧道显微镜（STM）图像的间接支持。然而，TEM成像测量不提供对单个缺陷的电子结构的直接访问;并且虽然扫描隧道能谱（STS）是局部电子结构的直接探针，但对2D-TMD中点缺陷的原子分辨STM图像的化学性质的解释可能是模糊的。因此，在2D-TMD中，点缺陷作为空位或不同种类的替代原子的分配，以及它们对它们的电子性质的影响，一直不一致，缺乏共识。在这里，我们结合低温非接触式原子力显微镜（nc-AFM），STS，和国家的最先进的从头计算密度泛函理论（DFT）和GW计算，以确定最丰富的个人硫属元素常见的2D-TMD网站缺陷的结构和电子特性。令人惊讶的是，我们没有观察到任何探测的硫族元素缺陷的IGS。我们的研究结果和分析强烈表明，在我们的2D-TMD，在标准环境中制备和测量，常见的硫族元素缺陷是替位氧，而不是空位。
2020-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Approximate Excited-State Potential Energy Surfaces for Defects in Solids
US Naval Research Laboratory（美国海军研究实验室）
本文提出一种方法，通过地面态平衡几何中激发态力来近似电子-声子耦合，用于评估缺陷功能及效率，验证了单模可近似零声子线能量，二阶邻近位移可收敛Huang-Rhys因子。
2025-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Identifying and understanding the positive impact of defects for perovskites optoelectronic devices
本研究突破缺陷有害的传统认知，提出利用半导体缺陷俘获光生载流子提升光电导增益的方法，制备出创纪录性能的光电探测器，为高性能光电探测器设计提供新思路。
2024-02-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-Harmonic generation from spin-polarised defects in solids
气体中高次谐波的产生使得能够以前所未有的分辨率探测原子和分子中的阿秒电子动力学。将最初为原子和分子气体开发的技术扩展到固态材料需要对理论上已经部分解决的物理学有基本的理解。在这里，我们采用含时的密度泛函理论来研究如何在单层六方氮化硼的高次谐波发射的电子动力学的空位的存在下的影响。我们展示了这些现实的自旋极化缺陷如何修改谐波发射，并证明了从原始固体和有缺陷的固体谐波之间存在着重要的差异。特别是，我们发现，不同的自旋通道受到不同的影响，因为存在的自旋极化点缺陷，和本地化的波函数，缺陷的几何形状和电子-电子相互作用都是重要的成分来描述高次谐波产生缺陷固体。我们发现，不同的空缺导致质量上不同的效果，从而打开了大门，高谐波成像的自旋极化缺陷在固体中。
2020-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Material Platforms for Defect Qubits and Single Photon Emitters
量子技术已经从量子信息理论中发展出来，现在提供了一个有价值的工具，来自许多领域的研究人员可以添加到他们的研究方法工具箱中。迄今为止，已经开发了各种系统来促进量子信息处理的应用。可用于量子技术的系统包括超导电路、超冷原子、俘获离子、半导体量子点以及固态自旋和发射器。在这篇综述中，我们将讨论基于自旋的量子技术的材料平台的最新技术水平，重点关注几种主要基质材料中的固态自旋和发射体的进展，包括金刚石，碳化硅，氮化硼，硅，二维半导体和其他材料。我们将强调如何第一性原理计算可以作为一个非常强大的工具，通过详细的预测的电子，磁性和光学性质，在固体中找到新的缺陷量子位和单光子发射器。
2020-09-07 cond-mat.mtrl-sci
