A general statistical framework for vacancy and self-interstitial properties in concentrated multicomponent solids
Clemson University（克莱姆森大学）；Purdue University（普渡大学）
本文提出了一种统计框架，用于预测复杂合金中自间隙的热力学性质，并通过Fe-Cr和Cu-Ni合金计算有效形成能，揭示高溶质浓度对缺陷自由能表面的影响。
2026-03-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Calculation of point defects in rutile TiO2 by the Screened Exchange Hybrid Functional
采用屏蔽交换（sX）混合密度泛函方法计算了金红石型TiO2中氧空位和钛间隙的形成能，得到的禁带宽度为3.1 eV，与实验值接近.的O空位引起的间隙状态躺在0.7 eV以下的导带边缘，其电荷密度是本地化周围的两个三个Ti原子旁边的空位。Ti间隙在带隙中产生四个缺陷态，其未成对电子位于间隙和相邻的Ti 3d轨道上。对于贫氧化学势，中性O空位的形成能为1.9 eV，与中性Ti间隙的形成能相似，并且对于富氧条件下的Ti间隙具有较低的形成能。这表明O空位和Ti间隙都与金红石型TiO 2中的氧缺乏有关，但在富O条件下O空位将占主导地位。这解决了文献中关于缺陷定位和缺陷优势的问题。
2012-07-11 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
A First Principles Investigation of Native Interstitial Diffusion in Cr2O3
第一性原理密度泛函理论（DFT）研究了α-Cr2 O3中的自扩散机制，结果表明，自扩散机制中的空位比空位更易迁移. Cr金属原子占据未占据的Cr亚晶格位置，这些位置由6个O原子八面体配位，并且O金属原子形成沿[221]方向（对角线）取向的哑铃构型。计算结果表明，在富氧条件下，中性氧杂质占主导地位，而在富铬条件下，+2和+1电荷态的Cr杂质占主导地位。与空位类似，O和Cr晶体的电荷跃迁能级都位于带隙的深处。输运计算揭示了丰富多样的间隙扩散机制，是物种，电荷和取向依赖。在两步过程中，Cr间隙原子优选地沿着Cr晶格的对角线扩散，经由在相邻Cr双层中包括Cr间隙原子和相邻Cr Frenkel缺陷的中间缺陷复合体。这一机制类似于空位介导的Cr沿c轴扩散，具有中间Cr空位和Cr Frenkel缺陷组合。相反，氧自由基通过键转换机制扩散。处于-1和-2电荷状态的O型化合物与中性O型化合物相比具有非常高的迁移率。
2018-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Fundamental Study of Hydrogen Segregation at Vacancy and Grain Boundary in Palladium
用密度泛函理论研究了钯晶体中氢在间隙、空位和晶界结合的基本过程。结果表明，氢优先占据Pd基体中的八面体间隙位，而一个稳定的氢空位复合物中，氢占据最多的是四面体间隙位上的空位周围的8个氢原子。此外，H的存在有助于附近空位的配对或形成，这与实验和理论研究的结论一致。此外，这一观察结果可能意味着氢脆（HE）机制，通过连接的微孔和裂纹。然而，氢在晶界的偏聚显示出不同的效果。高氢积累导致晶界扩展，这与实验观察到的晶粒脱粘的HE机制有关。
2015-05-31 cond-mat.mtrl-sci
First principle study of hydrogen behavior in hexagonal tungsten carbide
了解氢在六方碳化钨（WC）中的行为对聚变反应堆设计特别有意义，因为聚变反应堆偏滤器中存在WC。因此，我们采用第一性原理计算来研究氢在WC中的行为。氢原子最稳定的间隙位是八面体间隙位在钨基面上的投影，其次是八面体间隙位在碳基面上的投影附近。两个间隙氢原子之间的结合能为负，表明氢本身不能捕获其他氢原子形成氢分子。氢与空位相互作用的计算结果表明，空位对氢原子具有能量陷阱作用，单空位中不能形成氢分子。此外，与碳键合的氢原子只存在于钨空位中。研究了氢在WC中的迁移行为，发现间隙氢原子更倾向于沿c轴方向扩散。对氢在WC中行为的研究为高能氢离子注入WC的热脱附过程的实验结果提供了一定的解释。
2010-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Migration barriers for diffusion of As and P atoms in InP and InAs via vacancies and interstitial atoms
本文用密度泛函理论计算InP和InAs中As、P原子经空位和间隙原子扩散的迁移势垒，发现间隙机制能垒更低但形成能更高，两种机制总激活能相当。
2024-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Energetics and electronic structure of native point defects in $α$-Ga2O3
我们报告的第一性原理计算，澄清的形成能量和电荷跃迁水平的原生点缺陷（Ga和O空位，晶体，和Ga空位-O空位对）在双晶结构的$α$ -Ga 2 O 3。无论是在富Ga还是富O生长条件下，当费米能级分别接近导带和价带边缘时，负电荷的Ga空位和正电荷的Ga间隙分别占主导地位。这些缺陷将分别补偿载流子电子和空穴。富Ga条件相对抑制Ga空位的形成，因此适合于$α$ -Ga 2 O 3的非本征n型掺杂。
2019-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Electroluminescence from nitrogen-vacancy and interstitial-related centers in bulk diamond stimulated by ion-beam-fabricated sub-superficial graphitic micro-electrodes
我们报道了一种单晶金刚石器件的制造和表征，该器件用于电刺激氮空位（NV 0）和其他缺陷相关中心的光发射。采用6 MeV C3+微束辐照和热退火工艺制备了镶嵌在绝缘金刚石中的亚表面石墨微电极对。光致发光（PL）表征表明，在电极间的间隙区域的低辐射损伤浓度，这并没有显着影响PL功能占主导地位的NV中心。通过在石墨电极上施加偏置电压，导致注入高于阈值电压（~ 300 V）的高激发电流，有效地激发了来自NV 0中心的强烈EL发射，研究了器件在电致发光（EL）机制中的操作。此外，我们报告的新观察到的两个额外的尖锐的EL发射线（在563 nm和580 nm）相关的间隙缺陷MeV离子束制造过程中形成的。
2015-07-08 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
First-principles study of the incorporation and diffusion of helium in cubic zirconia
采用基于广义梯度近似的投影缀加波（PAW）方法，通过第一性原理总能量计算研究了氦（He）在立方氧化锆（ZrO）$_{2}$）中的掺入和扩散.本征点缺陷形成能的计算结果表明，立方相ZrO $_{2}$具有较好的抗辐照损伤能力。He杂质的掺入能表明，它最好先占据Zr空位，而溶解能表明，在热力学平衡浓度下，He将被容纳在间隙位。通过计算He在间隙和空位辅助两种机制下的迁移能，我们认为He最有可能通过跳跃通过单个空位扩散。值得注意的是，我们计算的空位辅助扩散能的He是一致的，以及与实验测量。
2010-12-01 cond-mat.mtrl-sci
The case of the missing gallium vacancy in gallium arsenide: A multiscale explanation
该研究通过多尺度AIDE方法揭示，砷化镓辐照后费米能级移动及库仑吸引导致砷间隙原子优先湮灭镓空位，从而解释了实验上镓空位缺失之谜。
2025-04-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Native point defects in few-layer phosphorene
采用混合密度泛函理论结合半经验vanderWaals色散修正，研究了缺陷少层磷烯中空位和自发光的结构和电子性质.我们发现，无论是空位和自填隙缺陷是更稳定的外层比在内层。空位和自填隙P缺陷的形成能和跃迁能均随膜厚的增加而降低，这主要是由于基质价带最大值相对于真空能级的上移所致.因此，空位和自激子都可以作为浅受主，这很好地解释了实验观察到的p型导电性的少层磷烯。另一方面，由于这些原生点缺陷具有中等的形成能，并且在带负电荷的状态下是稳定的，因此它们也可以作为n型少层磷烯中的电子补偿中心。
2015-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Native Point Defects in Mono-- and Bi--layer Phosphorene
我们研究了单层和双层磷烯中本征点缺陷，空位和自填隙的稳定性和电子性质。利用\textit{ab initio}密度泛函理论和电子自能的GW近似计算了这些缺陷的形成能、准粒子缺陷态和电荷跃迁能级。使用DFT + GW的两个路径的形式主义研究间隙在单层磷烯，我们表明，包括静电校正CTL可以可靠地计算。计算结果表明，所有的本征点缺陷在中性态都具有较低的形成能（0.9- 1.6eV）。此外，我们发现磷烯中的空位表现为类受主缺陷，这可以解释磷烯的p型导电性。另一方面，间质可以显示受体和供体样行为。
2020-01-13 cond-mat.mtrl-sci
First principle study of intrinsic defects in hexagonal tungsten carbide
本征缺陷的特性对于理解聚变反应堆偏滤器中碳化钨的自扩散过程、机械强度、脆性和塑性具有重要意义。在这里，我们使用第一性原理计算来研究点缺陷及其复合物在WC中的稳定性。计算结果证实了碳缺陷的形成能远低于钨缺陷的形成能。空位周围存在向外弛豫，间隙碳和间隙钨原子都倾向于占据八面体间隙位的碳基面投影。孤立碳缺陷扩散的结果表明，碳空位由于极高的扩散势垒而在较宽的温度范围内停留，而碳间隙迁移由于其相当低的激活能而在较低的温度下被激活。这些结果为800K阶段是由碳空位长程迁移退火所致的推测提供了证据。
2010-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Object Kinetic Monte Carlo Simulations of Radiation Damage in Neutron-Irradiated Tungsten Part-I: Neutron Flux with a PKA Spectrum Corresponding to the High-flux Isotope Reactor
对象动力学蒙特卡罗模拟进行研究的影响，不同的剂量率和晶粒尺寸高达1.0 dpa的剂量在纯，多晶钨，受到中子辐照具有对应于高通量同位素反应堆的PKA谱。目前的研究模型缺陷簇积累钨，但不考虑的影响，嬗变或预先存在的缺陷超出晶界下沉，不同的晶粒尺寸。随着剂量率的增加，空位团密度增加，而空位数密度减小。相应地，平均空位簇尺寸和作为可见簇的一部分的空位的分数随着剂量率的增加而减小。随着晶粒尺寸的增大，空位和空位团的数量密度均减小，而可见团中空位的比例和空位团的平均尺寸均增大。这是由空位团簇的假成熟引起的，由于较大晶粒中的较长寿命的自填隙团簇。观察到的空位簇沿{110}面的空间有序的晶粒尺寸和所有的剂量率研究。晶面间距随晶粒尺寸的增加而增加，但没有观察到明显的剂量或剂量率依赖性。这项研究的结果表明，一维扩散的自填隙团簇，虽然必要的，是不足以形成一个空的晶格，空位的扩散也是必需的。提出了一种选择模拟盒维数的方法，以更真实地反映一维迁移自填隙原子簇的影响。
2016-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Point defect dynamics in bcc metals
我们提出了一个分析的时间演化的自填隙原子和空位（点缺陷）人口在纯体心立方金属在恒定的辐照通量条件下。平均场速率方程平行的动力学蒙特卡罗（kMC）模型。当只考虑缺陷的产生，缺陷的迁移，复合和吸收在汇的基本过程中，kMC模型和速率方程被证明是等价的，并使用简单的标度参数的点缺陷布居的时间演化进行了分析。我们发现，体心立方金属中的间隙和空位迁移率的典型大的不匹配可以导致空位人口的增长作为时间的平方根。不可逆和可逆吸附下的空位团尺寸分布都可用简单的指数函数描述。我们还考虑了高流动性间隙簇的影响，并适用于钒和$α-$铁的参数模型。
2004-11-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Structure, stability, and mobility of small Pd clusters on the stoichiometric and defective TiO$_2$ (110) surfaces
本文报道了负载在金红石型TiO $_2$（110）表面的Pd $_n$（$n=1-4$）团簇的结构和吸附性能，表面可能存在氧空位或亚表面Ti间隙原子.正如密度泛函理论所预测的那样，小的Pd团簇更喜欢结合到化学计量的二氧化钛表面或在表面下的Ti间隙原子附近的网站。Pd团簇的吸附改变了基底表面的电子结构。对于具有氧空位的表面，由于Pd团簇的吸附，电荷局域化和铁磁自旋态被大大衰减。还报道了Pd单体在不同类型表面上的势能面。然后通过Metropolis Monte Carlo方法模拟烧结过程。氧空位的存在可能导致Pd团簇的解离。在化学计量表面或含Ti间隙原子的表面上，Pd单体倾向于烧结成较大的团簇，而Pd二聚体、三聚体和四聚体在600 K以下相对稳定。这一结果与过渡金属团簇的标准烧结模型和实验结果一致。
2011-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Positron lifetime calculations for defects in Zn
本研究通过多体势弛豫缺陷结构，计算Zn中空位团簇和间隙型位错环的正电子寿命，发现弛豫主要影响小空位团簇，且间隙型环寿命对结构敏感，并与实验对比。
2024-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Transition metal solute interactions with point defects in austenitic iron from first principles
我们提出了一套全面的第一性原理电子结构计算研究过渡金属溶质和它们的相互作用与点缺陷在奥氏体。在整个系列中观察到明显的趋势。溶质缺陷相互作用强烈相关的溶质尺寸因子，符合当地的应变场效应。与铁素体结果的强相关性表明对Fe的基本晶体结构不敏感。结晶溶质作为空位和自填隙缺陷的强陷阱，并作为原生空隙和小的自填隙环的发展的成核位点。缺陷迁移率和净缺陷浓度的减少解释了在掺杂超大溶质的奥氏体钢中观察到的抗辐射损伤性。氧化物弥散强化（ODS）钢中残留的溶解溶质有助于提高其抗辐射损伤能力。Ni和Co扩散比Fe慢，连同在低于临界温度的辐照下产生的任何空位通量，对于Co，该临界温度为400 K，并且它们的浓度应在缺陷汇处增强。Cr和Cu比Fe扩散得更快，对抗空位通量，并且将在缺陷汇处耗尽。在过渡金属系列中，早期溶解的溶质与最近邻空位形成高度稳定的溶质中心双空位（SCD）缺陷。这些溶质的空位介导的扩散主要由SCD的解离和再缔合，具有比自扩散低的活化能，这对ODS钢中含有这些溶质的复合氧化物纳米颗粒的成核和生长具有重要意义。间隙介导的溶质扩散是积极不利的，除了铬，锰，钴和镍。溶质尺寸在这里给出的结果中扮演的核心角色意味着它们应该适用于其他溶剂金属和合金。
2014-07-30 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of As interstitials in GaAs: Convergence, relaxation, and formation energy
以GaAs中砷分裂间隙原子为例，研究了缺陷形成能、电荷跃迁能级、局域缺陷态性质、缺陷原子结构和弛豫的密度泛函超原胞计算的收敛性.包含多达217个原子和各种{ \bf k}-空间采样方案的超胞被认为是。结果表明，一个很好的描述本地化的缺陷态分散和电荷态跃迁水平需要至少一个217原子的超晶胞，虽然缺陷结构和原子弛豫可以很好地收敛在一个65原子的细胞。计算了GaAs中As分裂间隙、Ga空位和As反位缺陷的形成能，同时考虑了对化学势和费米能的依赖。发现在富As、$n$型或半绝缘GaAs中As反位的平衡浓度远低于As反位的平衡浓度。
2011-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic defects promote ferromagnetism in Zn1-xCoxO
实验研究表明，Zn 1-xCoxO作为薄膜或纳米晶体具有铁磁性和高于室温的居里温度，并且Zn 1-xCoxO的p型或n型掺杂可以改变其磁性状态。体Zn 1-xCoxO具有低的缺陷密度和在实验薄膜研究中使用的范围内的x仅在非常低的温度下表现出铁磁性。因此，薄膜样品或纳米晶中的缺陷可能在促进Zn 1-xCoxO中Co离子间的磁相互作用中起重要作用。采用B3 LYP杂化密度泛函方法计算了ZnO中Co取代Zn、Zn和O空位、N取代和间隙Zn的电子结构. B3 LYP泛函预测的带隙为3.34 eV的散装ZnO，接近实验值3.47 eV。占据的少数自旋Co 3d能级位于价带的顶部，未占据的能级位于导带最小值上方。大多数自旋Co 3d水平杂交强烈与体ZnO状态。中性O空位和间隙Zn分别是深施主和浅施主。Zn空位是深受主，N空位的受主能级处于中能隙。通过计算含有两个Co离子和一个氧空位、取代N或间隙Zn的ZnO超电池在不同电荷状态下的磁态总能量，研究了p型或n型掺杂促进Co离子交换耦合的可能性.中性的N缺陷和带正电荷的O空位是仅有的两种在中程强烈促进Co离子铁磁交换耦合的缺陷。
2005-12-05 cond-mat.mtrl-sci
A first-principles investigation of the diffusivities of oxygen and oxygen defects in ThO$_2$
本文基于密度泛函理论和声子模拟研究ThO$_2$中氧空位与间隙缺陷的迁移能垒、尝试频率及扩散系数，揭示了不同温度、氧压和化学计量比下主导氧扩散的缺陷机制。
2025-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Occupation and diffusion of interstitial solutes in dilute alloys in perspective of the Gauss Legendre three square theorem
本文以C、N、O在稀铁合金中的扩散为例，借助高斯-勒让德三平方定理将间隙溶质等效占位多面体分为7类，并利用Wythoffian操作描述迁移路径，结果可推广到其他低浓度置换溶质材料中的空位与间隙原子扩散。
2024-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Kinetics of segregation formation in the vicinity of edge dislocation in fcc metals
我们使用新的间隙杂质扩散通量方程来研究杂质原子在位错附近的再分布。两个层次的模拟应用。第一个是评估的系数，确定应变张量分量的影响，FCC结构中的间隙扩散通量。为此，我们已经开发了一个模型到框架的分子静态方法考虑到原子环境附近的间隙网站和鞍点配置。第二个层次是基于非线性扩散方程，考虑了由缺陷产生的应变，模拟间隙偏析的形成。结果表明，位错附近的碳原子分布具有相当复杂的特征，空位分布与碳分布有着质的不同。
2015-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Li diffusion in pristine and defective ZnO
本研究通过DFT和NEB计算发现，在ZnO的三种点缺陷中，仅氧空位能降低Li间隙扩散能垒，从而可能增强Li扩散动力学，而锌空位虽降低能垒但会捕获Li形成替代缺陷。
2021-07-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Rate Equation for the Transfer of Interstitials across Interfaces between Equilibrated Crystals
Hamburg University of Technology（汉堡工业大学）；Institute of Materials Physics and Technology, Hamburg University of Technology（汉堡工业大学材料物理与技术研究所）；Helmholtz-Zentrum Hereon（亥姆霍兹海雷恩中心）；Institute of Hydrogen Technology, Helmholtz-Zentrum Hereon（亥姆霍兹海雷恩中心氢能技术研究所）
研究间隙原子在平衡晶体界面间热激活转移，基于统计力学和恒定跃迁概率得出速率定律，该定律满足细致平衡原理，能解释金属氢化物在相变或临界点附近充电减缓的实验现象。
2026-07-17 cond-mat.mtrl-sci
An ab initio study of intrinsic defects in zirconolite
锆英石，CaZrTi2O7，是一种用于处理高活性核废料的陶瓷。利用密度泛函理论结合随机搜索技术，对锆英石中本征缺陷的稳定间隙位进行了研究。有一个显着的依赖于电荷状态的空位缺陷结构，与形成的O2分子在一定的电荷状态的Ti和Zr空位。氧离子的低配位提供了DFT定位与阳离子空位相关的空穴的位点。的Frenkel缺陷的能量，计算出的空位和间隙形成能量的组合，表明氧缺陷有很强的依赖于化学环境，与氧Frenkel对能量之间的范围为1.5 eV。
2012-01-26 cond-mat.mtrl-sci
3-D Ti/TiN Interface
根据定义，界面是二维的（2-D），因为它将2个相分离，在界面上结构和化学性质发生突然变化。金属和其氮化物之间的界面预期是原子级尖锐的，因为化学渐变将需要在氮化物中产生N空位和在金属中产生N空位。与此相反，使用第一性原理密度泛函理论（DFT），我们建立了化学梯度Ti/TiN界面是择优的尖锐的界面。DFT计算的TiN中的N空位形成能为2.4eV，Ti中的N间隙形成能为-3.8eV。因此，通过在TiN中形成N空位和在Ti中形成N间隙而使N从TiN扩散到Ti将降低Ti-TiN异质结构的内能。我们发现，扩散的N是有利的，直到~23%的N已经从TiN扩散到Ti，导致在原子化学梯度界面，我们称之为3-D界面。实验无法识别Ti/TiN中的3-D界面可以归因于在界面处用原子级分辨率识别化学成分和结构的限制。我们定义N空位形成能和N间隙形成能之和为驱动力，它可以作为一种方便的方法来评估金属/陶瓷异质结构中形成三维界面的可能性。我们还显示了晶格参数和力学性能（如体积模量，剪切模量，杨氏模量和硬度）在Ti/TiN界面的逐渐变化。三维界面开辟了一种新的方法来控制金属/陶瓷异质结构的性能，符合已经建立的优势，在微米长度尺度的界面渐变。对于广泛开发的Ti/TiN多层纳米异质结构，形成三维界面的可能性可以导致增强的耐磨性和耐侵蚀性。
2022-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of O interstitial diffusion in $β$-Ga$_2$O$_3$: direct approach via master diffusion equations
本研究结合第一性原理计算与主扩散方程，构建β-Ga₂O₃中中性及2−带电氧间隙的三维扩散网络，获得扩散张量并揭示其沿b轴的显著各向异性。
2025-03-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Tuned Vacancy Diffusion by Mn via Anomalous Friedel Oscillations in NiCoFeCrMn High Entropy Alloys
空位在固态扩散中起着关键作用，并决定了材料的许多性质。我们报告了一个证明的原则的结果，锰在调谐空位扩散的作用，在一个等价的NiCoFeCrMn高熵合金的反常弗里德尔振荡效应。第一近邻Mn的存在破坏了空位诱导的Friedel振荡，打开了空位对周围原子的长程影响的通道，导致较低的空位扩散势垒能量，尽管原子类型。这种效应导致空位和填隙两种类型的缺陷发生明显的扩散重叠，增强了它们的复合，这可以很好地解释辐照下空位团被抑制的实验结果。这一发现提出了新的理解原子扩散机制，从而提出了新的概念，调整缺陷性能的新材料的设计具有突出的性能，在一个广泛的领域。
2021-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Bias factor of dislocation loops in quasicrystalline materials
研究了准晶在辐照下的空位膨胀。在准晶中，位错的演化伴随着空位和填隙型局域拓扑缺陷的相子的形成。在中等温度下，相子的扩散率较低，导致位错环内形成环状或盘状相子尾迹。为了找到点缺陷的捕获效率与互补环的相位子的位错环的稳态漂移扩散问题，解决了在环形几何的连续超松弛方法。结果表明，相位子显着减少对间隙原子的吸收位错的偏见。由于这个原因，准晶材料预计将表现出增加的抵抗空位膨胀。
2021-09-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Calculated electron paramagnetic resonance $g$-tensor and hyperfine parameters for zinc vacancy and N related defects in ZnO
利用第一性原理计算研究了ZnO中的各种缺陷，重点是O位、间隙位和Zn位上的N $_O$和N $_2$，目的是了解ZnO中N $_2$和O位上的N的电子顺磁共振（EPR）中心。用含投影缀加波的规范方法计算了$g$张量，并与实验结果进行了比较.自由N $_2^+$和N $_2^-$自由基的$g$ -张量及其在GIPAW理论中的各种贡献首先进行分析，以提供基线参考的方法的准确性和了解ZnO中的N $_2$行为。以前的争议的网站上的位置N $_2$在ZnO的EPR中心和浅或深的性质和施主或受主性质的这个中心得到解决。我们发现Zn位上的N-$_2$在自旋密度和$g$张量上基本上类似于锌空位，而O位上的N-$_2$轴位于基面，沿{ \bf c}轴的$π_g$ -轨道单占据的模型与实验符合得很好.对于间隙位置，如果N $_2$不与周围环境强烈相互作用，则在间隙中没有发现能级，因此也没有可能的EPR中心。计算的N-$_O$和$V_ Zn$的$g$张量也与实验符合得很好.影响自旋密度的本地化的不同泛函的影响示出影响的$g$张量值。
2022-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen diffusion pathways in brownmillerite SrCoO2.5: Influence of structure and chemical potential
为了设计和发现用于下一代能源材料（如固体氧化物燃料电池（SOFC））的新材料，对其离子性质和行为的基本理解是必不可少的。SOFC材料的潜在适用性主要取决于氧沿各种扩散途径的活化能势垒。在这项工作中，我们研究了在brownmillerite氧化物SrCoO2.5中，采用第一性原理的方法，分解氧（Oi）的扩散。我们的计算表明，高度各向异性的离子扩散途径，这是由于其各向异性的晶体结构。一维有序的氧空位通道被发现提供了最简单的扩散途径，激活能势垒高度为0.62 eV。垂直于空位通道的方向具有较高的Oint扩散能垒。此外，我们还研究了材料中可能存在的点缺陷的氧空位的迁移势垒。这反过来也可以促进氧气的运输。有趣的是，对于氧空位，发现最低的势垒高度发生在八面体层内，能量为0.82 eV。我们的研究结果意味着，间隙迁移将是高度一维的性质。另一方面，氧空位输运可以优先发生在二维八面体平面中。
2014-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Tracing Ion Migration in Halide Perovskites with Machine Learned Force Fields
针对卤化物钙钛矿器件中带电缺陷迁移引发的性能问题，研究以CsPbI₃为对象训练机器学习力场，模拟不同电荷态卤化物缺陷的扩散特性，明确了各类缺陷的迁移速率差异。
2025-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Primary damage production in the presence of extended defects and growth of vacancy-type dislocation loops in hcp zirconium
长期预测辐射损伤累积模型中的生产率通常被认为与反应堆部件的材料微观结构无关。在这项研究中，预先存在的微观结构元素的影响，在α-锆-反之亦然-的主要损害生产评估的分子动力学（MD）模拟。考虑了a型位错环、c组分位错环和倾斜晶界（GB）。在所有这些微观结构元素的存在下，初级损伤的产生减少，并且聚集行为取决于微观结构。碰撞级联不会导致a型环的增长或收缩，但会导致c成分环的收缩。在GBs存在下的级联产生的空位比空位多。这一结果，以及其他理论，分子动力学和实验证据，证实了空位环将在空位过饱和环境中生长的GB附近。不同的温度依赖性的生长制度被确定。此外，MD揭示了级联诱导的事件，其中a型空位环被GB吸收。铁偏析的循环抑制这种级联诱导的吸收。
2019-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Study of Self-Diffusion in Zr
我们采用最近开发的半经验Zr势通过分子动力学模拟确定在hcp和bcc Zr中的扩散系数。直接从MD模拟而不是从理论方法使用T=0计算确定点缺陷浓度。我们发现，通过在hcp Zr的间隙机制的扩散进行，空位和间隙机制在bcc Zr的扩散率的贡献。与实验数据的协议是极好的hcp锆和bcc锆，它是相当好的，在高温下，但在低温下有相当大的分歧。
2009-02-08 cond-mat.mtrl-sci
A systematic study of structural, electronic and optical properties of atomic scale defects in 2D transition metal dichalcogenides MX$_2$ (M = Mo,W; X = S, Se, Te)
本文采用密度泛函理论系统地研究了二维过渡金属二硫属化合物MX $_2$（M = Mo和W; X = S，Se和Te）中原子尺度缺陷的结构、电子和磁性。各种类型的缺陷，例如，考虑了X空位、X间隙、M空位、M间隙、MX和XX双空位。结果表明，在富X条件下，X间隙原子的形成能最低（$\sim$ 1 eV），而在富M条件下，X空位的形成能最低（\ce{MTe2}除外）.这两种缺陷在文献报道的生长温度（1000 K-1200 K）下具有非常高的平衡缺陷浓度。一对缺陷，例如，两个X空位或一个M和一个X空位倾向于占据最近的可能距离。对于所考虑的任何一种缺陷，都没有发现磁性的痕迹。除了X间隙，所有其他缺陷都有缺陷态出现在带隙中，这会极大地影响原始系统的电子和光学性质。我们计算的光学性质表明，缺陷态引起的光学跃迁在$\sim$ 1.0 eV，这可能是有益的发光器件。我们的系统研究的结果，预计将指导实验纳米工程的缺陷，以实现适当的性能相关的带隙修改和缺陷指纹的表征，通过光学吸收测量。
2015-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dual Role of Mobile Interstitials in Defect Kinetics: From Retardation to Acceleration
The University of Osaka（大阪大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本研究提出双态化学势积分（TSCPI）方法，高效计算活化自由能，揭示移动间隙原子对缺陷动力学具有阻滞与加速双重作用，并阐明其随浓度变化的交叉机制。
2026-09-22 cond-mat.mtrl-sci
A Generalized Ising Model for studying Alloy Evolution under Irradiation and its use in Kinetic Monte Carlo Simulations
我们推导出一个伊辛哈密顿动力学模拟涉及二元合金中的间隙和空位缺陷。我们的模型，我们称之为“ABVI”，将溶质输运的间隙缺陷和空位到一个approximately一致的框架，因此代表了一个推广到广泛使用的ABV模型合金演化模拟。哈密顿量捕捉了二元合金中三种可能的间隙构型：A-A，A-B和B-B，这使得它特别适用于辐照损伤模拟。所有的哈密顿常数都用键能来表示，键能可以用第一性原理计算来计算。我们实现我们的ABVI模型在动力学蒙特卡罗模拟和进行验证练习，通过比较我们的结果发表在简单的二元系统与Frenkel对缺陷的生产和几个微观结构的情况下，与匹配协议。
2016-02-08 cond-mat.mtrl-sci
From solid solution to cluster formation of Fe and Cr in $α$-Zr
为了了解Fe和Cr添加剂增加辐照Zr合金的腐蚀速率的机制，采用实验（原子探针断层扫描，X射线衍射和热电功率测量）和建模（密度泛函理论）技术相结合的方法来研究二元Zr合金中Fe和Cr的非平衡溶解度和聚集。Cr占据α-Zr晶格中的间隙和替代位点，Fe倾向于间隙位点，并且发现先前未建模的低对称位点对Fe最有利。晶格膨胀作为合金化浓度的函数（在稀状态下）对于Fe添加剂是强烈各向异性的，在收缩$a$轴的同时扩展$c$轴。在较高的溶液浓度下观察到缺陷团簇，与稀释缺陷相比，其引起的晶格应变量较小。在Zr空位的存在下，所有的两个原子簇比单个点缺陷更易溶解，并且在单个Zr空位中可以容纳多达四个Fe或三个Cr原子。Zr空位是提高缺陷团簇溶解度的关键，讨论了Zr合金辐照引起的微观结构变化的意义。
2015-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion of Be in gallium nitride: Experiment and modelling
通过分析无限热源下铍在氮化镓中随温度变化的扩散曲线，研究了铍在氮化镓中的扩散机制。将铍原子注入到通过卤化物气相外延在氨的氮化镓衬底上结晶的高结构质量的氮化镓层中。在1000 ° C和1400 ° C之间的不同温度下，在高氮气压力下进行注入后退火。通过二次离子质谱法分析了注入和退火样品中的铍离子分布。结果表明，掺杂剂的扩散是两种机制的结合：快速间隙扩散和缓慢的替代扩散。的指前因子以及激活能为两个扩散路径进行了测定。根据铍的深度分布特征，计算了镓空位和间隙铍的形成能，并与理论值进行了比较。
2020-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Size and shape of oxygen vacancies and protons in acceptor-doped barium zirconate
采用密度泛函理论（DFT）方法研究了受主掺杂锆酸钡晶体中缺陷引起的化学膨胀。参与水合反应的两种缺陷物质，+2带电的氧空位和形成氢氧根离子的质子间隙，被认为是自由缺陷和与掺杂剂Y，In，Sc和Ga相关联。引入缺陷引起的应变张量λ，它提供了一个自然的概括的普通化学膨胀到三维和各向异性失真。空位和质子的加入都引起晶格的各向异性畸变和净收缩，表明空位和氢氧根离子都小于氧离子。收缩是相当大的空位和水合的净效应，当一个空位被填充，并添加两个质子，是一个膨胀，与实验结果一致。掺杂剂对水合中的化学膨胀的影响被发现是相当小的，即使它是假设的空位和质子是完全相关的掺杂剂原子在晶格中。
2015-03-16 cond-mat.mtrl-sci
A second binding model to study diffusion of $Cr$ diluted in BCC $Fe$
采用经典的分子静态技术（CMST）和密度泛函理论（DFT）计算方法，研究了体心立方（BCC）稀$FeCr$合金中空位和间隙迁移驱动的自扩散和示踪溶质扩散.第一次在文献中，一个六频模型（由Okamura和Allnatt开发）涉及的第二近邻结合方法适用于在一个真实的系统中的计算。我们得到微观参数，即：i）空位形成的自由能和空位-溶质结合能，ii）所涉及的跳跃频率，和iii）示踪剂相关因子。目前的近似描述更好的自和溶质原子的实验数据比最近的计算使用第一绑定的方法。此外，我们确认，空位拖曳机制是不可能发生在$FeCr$稀释合金。我们的结果还表明，扩散过程主要由空位介导，而间隙机制的扩散要慢几个数量级。
2013-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Fingerprinting defects in diamond: Partitioning the vibrational spectrum
在这项工作中，我们提出了一个计算方案，用于隔离固体中的缺陷的振动光谱。通过量化原子投射振动光谱的缺陷特征，识别出贡献原子并确定其贡献的强度。这种方法可以用来系统地改进声子碎片的计算。更有趣的是，直接使用缺陷原子的原子投影振动光谱，可以以较低的计算成本获得收敛良好的缺陷光谱，这也包含了主机晶格相互作用。使用金刚石作为主机材料，四个测试用例的缺陷，每一个呈现出明显不同的振动行为，被认为是：一个重取代掺杂剂（Eu），两个本征缺陷（中性空位和分裂间隙），和带负电荷的N-空位中心。重掺杂剂和分裂填隙本本地化模式在低和高的频率，分别显示与主机光谱几乎没有重叠。相比之下，中性空位和N-空位中心显示出对主体光谱的上光谱范围的广泛贡献，使得它们的提取具有挑战性。独立的振动行为，主要的原子有助于缺陷光谱可以清楚地确定。它们的原子投影谱的简化导致孤立的缺陷谱。
2020-01-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Energetic, structural and electronic features of Sn-, Ga-, O-based defect complexes in cubic In2O3
采用密度泛函理论研究了含Sn、Ga和O杂质的立方In2O3晶体的缺陷能形成、晶格畸变和电子结构.不同类型的点缺陷，由1至4个原子的Sn，Ga和O的替代和间隙（结构空位）的位置，进行了检查。结果表明，替代Ga和Sn缺陷的形成是自发的，而间隙缺陷的形成需要激活能。研究发现间隙Ga缺陷的施主行为，导带分裂为轻、重电子两个子带。间接地，间隙O缺陷表现出受体样的行为与形成的受体能级或带隙内的子带。所得结果对于准确描述含替位和间隙缺陷的In_2O_3中的输运现象具有重要意义。
2020-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hybrid functional with semi-empirical van der Waals study of native defects in hexagonal BN
采用基于混合密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算，结合Grimme的DFT-D2方法的经验色散修正，研究了六方BN中本征缺陷的形成能和跃迁能级.我们的计算结果预测，间隙B是最稳定的缺陷下富N和p型条件。当电子化学势接近导带最大值时，B空位和间隙N成为主要缺陷。然而，这些补偿缺陷将是无活性的，因为它们在p型和n型条件下的超深电离水平。
2013-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Self-diffusion in carbon-alloyed CoCrFeMnNi high entropy alloys
本文研究了（CoCrFeNiMn）$_{1-x}$ C $_x$（x = 0.002，0.005和0.008（in at.馏分）在1173至1373 K的高温下测量。在这些FCC合金中，间隙碳的加入对置换扩散的两种不同的特征效应被区分开来。在1373 K的最高温度下，由C与相对低的浓度（x = 0.002）的合金化延迟的替代元素的扩散相对于那些在无C合金。在较低的温度和/或较高的C浓度（x > 0.005），所有替代元素的扩散速率的增强被视为。提出了一个模型，涉及的自扩散系数在CoCrFeMnNi-C合金的晶格畸变所施加的溶解的碳。实验结果被解释为由于间隙C原子的存在，空位介导的扩散的迁移势垒的减少。
2021-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Point defect modeling in materials: coupling ab initio and elasticity approaches
在原子尺度上模拟点缺陷需要仔细处理长程原子弛豫。由于所研究的系统的有限尺寸，这种弹性场可以强烈地影响在原子模拟中计算的点缺陷性质。这是一个重要的限制，从头算方法是有限的几百个原子。我们提出了一个原始的方法耦合从头计算和线性弹性理论，以获得一个孤立的点缺陷的性能减少超晶胞尺寸。我们的方法的可靠性和好处证明了三个有问题的情况下：锆的自间隙，铁的自发光团簇，和硅中的中性空位。
2013-10-22 cond-mat.mtrl-sci
A Unified Mechanism for Hydrogen Trapping at Metal Vacancies
氢与金属之间的相互作用是许多具有科学和技术重要性的材料问题的核心。其中最主要的是H存储和H抗性材料的开发。H在晶格缺陷（包括空位、位错、晶界等）处的偏析或捕获在决定这些材料的性质中起着至关重要的作用。在这里，通过第一性原理模拟，我们提出了一个统一的机制，涉及电荷转移引起的应变不稳定理解H偏析行为的空缺。我们发现，H更喜欢占据具有高的预先存在的电荷密度和可用性，这样的材料设置在一个空缺的H陷阱容量的限制。一旦达到最大H容量，主要电荷供体从最近邻（NN）金属原子切换到次最近邻（NNN）金属原子。伴随着这种长程电荷转移，将发生显著的重组能，导致H-空位复合物的不稳定性。这里公布的物理图像似乎在BCC系列中具有普遍性，并且被认为也与其他金属/缺陷有关。从这项研究中获得的见解，预计将有重要的影响，H存储和H-电阻材料的设计。
2013-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Bundling up carbon nanotubes through Wigner defects
我们表明，使用从头算总能量密度泛函理论，即所谓的维格纳缺陷，间隙碳原子旁边的空位，这是存在于辐照石墨也可以存在于束的碳纳米管。然而，由于纳米管的几何结构，这种缺陷具有相当低的形成能，低于空位本身，这表明它可能是电子或离子辐照后产生的最重要的缺陷之一。此外，它们在束中的纳米管之间形成强连接，使其剪切模量增加相当大的量，清楚地表明其对纳米管束的机械性能的重要性。
2004-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Computational identification of Ga-vacancy related electron paramagnetic resonance centers in $β$-Ga$_2$O$_3$
结合实验/理论研究辐照$β$ -Ga $_2$ O $_3$中的EPR。在高能质子或电子辐照后，观察到四个EPR谱，两个$S=1/2$和两个$S=1$。其中一个S=1/2光谱（EPR 1）可以在室温及以下观察到，其特征在于自旋汉密尔顿参数$g_b=2.0313$、$g_c=2.0079$、$g_{a*}=2.0025$以及与$^{69}$ Ga上$~\sim$ 14 G的两个等效Ga邻居的准各向同性超精细相互作用。第二个（EPR 2）是在低温下光激发（阈值为2.8 eV）后观察到的，其特征是$g_b=2.0064$，$g_c=2.0464$，$g_{a*}=2.0024$和与两个10 G的等价Ga邻居的准各向同性超精细相互作用。一个自旋$S=1$光谱与类似的g-张量和50\%减少超精细分裂伴随着这些，这是两个弱耦合$S=1/2$中心的缺陷的指示。进行各种各样的原生缺陷模型的磁共振指纹的DFT计算，以确定这些EPR中心在特定的缺陷配置。EPR 1中心被认为对应于两个四面体$V_\mathrm{Ga1}$与间隙Ga在它们之间的复合物。该模型先前被证明具有比简单四面体Ga空位更低的能量，并且具有比其他$V_\mathrm{Ga}$相关模型更高的$2-/3-$跃迁能级，这将解释为什么其他模型已经处于其抗磁性$3-$状态，并且因此如果费米能级被钉扎在该能级处则无法观察到。EPR 2光谱被认为…
2019-02-25 cond-mat.mtrl-sci
On concentration dependence of arsenic diffusivity
分析了用于模拟砷在硅中热扩散的方程。结果表明，对于由空位-杂质对和杂质原子与中性电荷状态下的硅自发光相互作用形成的杂质对控制的砷扩散过程，可以用考虑了砷原子与空位和硅自发光相互作用产生的两种杂质流的具有单一有效扩散系数的Fick第二定律方程来描述，分别砷浓度分布的计算与使用的有效扩散系数与实验数据吻合得很好，如果最大杂质浓度是本征载流子浓度附近。另一方面，对于较高的杂质浓度，观察到砷分布的局部区域中的一定偏差。与实验的差异可能是由于不正确地使用有效扩散率来描述两种不同的杂质流，或者由于在重掺杂硅层中形成不均匀分布的中性空位和中性自致发光。
2015-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Energetics of point defects in aluminum via orbital-free density functional theory
在无轨道密度泛函理论的框架下，采用超原胞近似方法，系统地研究了铝中各种点缺陷（包括空位和自发光）的形成能和迁移能.特别地，对有限尺寸效应和各种动能密度泛函的精度进行了检验，计算结果表明，随着超原胞的增大，有限尺寸效应引起的误差呈指数减小。值得注意的是，自介电体的形成能比空位的形成能收敛得慢得多。通过选取合适的动能密度泛函，计算结果与已有的实验数据和具有精确动力学项的Kohn-Sham密度泛函理论的计算结果符合得很好.
2016-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Origin of n- and p-type conductivity in undoped $α$-PbO: role of defects
第一性原理计算（GGA）已被应用于研究$α$ -PbO中的晶体学缺陷，以理解在其它未掺杂的$α$ -PbO中$n$ -和$p$ -型导电性的起源。据发现，在缺氧的环境中的沉积被定义在我们的模拟中的Pb富/O贫限制刺激O空位和Pb晶体的形成，其特征都是由相当低的形成能$\sim$ 1.0 eV。被两个电子占据的O空位将这两个缺陷之间的电子和空穴的平衡转移到电子过量（四个电子对两个空穴），这导致$n$型掺杂。对于Pb-贫/O-富的限制，过量的氧触发形成的O型晶体，其特征在于这样一个低的形成能量，预测这种缺陷的自发出现。结果表明，氧杂质的浓度能够达到极限值，其值等于可能的缺陷位数（$\sim 10^{22}$ cm $^{-3}$）.由O间隙形成的局域态被两个空穴占据，并且由于没有合理浓度的其他缺陷来平衡空穴冗余，因此诱导了$p$型掺杂。
2013-11-05 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculation of intrinsic defect formation volumes in silicon
我们提出了一个广泛的第一性原理研究的压力依赖性的所有已知的空位和自填隙配置在硅中，在每个电荷状态从-2到+2。发现中性空位的形成体积随压力显著变化，导致弗伦克尔对（V + I）的零压力形成体积为非常大的负值（-0.68原子体积）。体积和电荷的相互作用进行了检查，导致压力费米能级的缺陷的稳定性图。最后，我们量化的各向异性性质的晶格弛豫周围的中性缺陷。
2005-08-13 cond-mat.mtrl-sci
