Creation of ensembles of nitrogen-vacancy centers in diamond by neutron and electron irradiation
我们通过中子和电子辐照在金刚石中产生了带负电荷的氮空位（NV-）中心的密集系综，用于混合量子系统和磁力测量。我们通过共聚焦显微镜、UV/Vis和FTIR光谱、光学检测磁共振和小角X射线散射表征所产生缺陷的荧光强度、光学和相干特性。我们发现，在中子注量为10^17 cm^-2、电子剂量为10^18 cm^-2、自旋共振线宽为6 MHz的情况下，NV-的密度最高。较低的电子能量增加了处于所需负电荷状态的中心与处于中性状态的中心的比率。在辐照期间在900 °C下退火减小了自旋共振线宽。此外，与中子照射相比，电子照射导致显著更高的光学透明度。
2013-09-02 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Efficient Conversion of Nitrogen to Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond Particles with High-Temperature Electron Irradiation
含有带负电荷的氮空位（NV $^-$）中心的荧光纳米金刚石有希望用于广泛的应用，例如用于感测、作为荧光生物标志物或用于超自旋核自旋。NV $^-$中心由金刚石晶格中的替代氮（P1中心）缺陷和空位形成。使NV的浓度最大化是最有益的，这证明了寻找具有从P1到NV $^-$的高转化率的方法是合理的。我们在这里报告了表面清洁的荧光微米和纳米金刚石的表征，通过用高能（10 MeV）电子照射商业金刚石粉末并在800°C下同时退火获得。使用这种技术并增加辐照剂量，我们证明了NV $^-$的产生，转化率高达25%。最后，我们监测辐射诱导的自旋-1缺陷的产生在微米金刚石颗粒，我们与W16和W33中心，并研究辐照剂量和颗粒尺寸对NV $^-$的相干时间的影响。
2020-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Local formation of nitrogen-vacancy centers in diamond by swift heavy ions
我们将注入氮的金刚石暴露于快速铀和金离子束（~1 GeV），发现这些辐照直接导致氮空位（NV）中心的形成，而无需热退火。我们比较了快速重离子激活的NV-中心的光致发光强度与低能量电子照射和热退火形成的。用快重离子辐照的NV-产额是低能电子产额的0.1和热退火产额的0.02。我们讨论了快速重离子形成NV心的可能机制，如电子激发和热尖峰。虽然以低效率形成NV中心，但快速重离子使得能够在数十微米的相对大的距离上形成三维NV组装体。此外，我们的研究结果表明，NV中心的形成是一个本地探针的（部分）晶格损伤弛豫诱导的电子激发从快速重离子在金刚石。
2014-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Excitation and recombination dynamics of vacancy-related spin centers in silicon carbide
我们利用电子辐照的方法在高质量的外延碳化硅层中产生与硅空位有关的缺陷。通过控制辐照通量，缺陷浓度在几个数量级上变化。我们建立了这些缺陷的光泵浦的激发分布，并评估了770 nm的最佳激发波长。我们还测量了室温下的光致发光动力学，发现一个单指数衰减的特征寿命为6.1 ns。积分的光致发光强度依赖于线性的激发功率密度高达20千瓦/厘米$^2$，表明这些缺陷的相对较小的吸收截面。
2014-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Effects of low energy electron irradiation on formation of nitrogen-vacancy centers in single-crystal diamond
在扫描电子显微镜中暴露于低能电子束（2至30 keV）局部诱导NV中心的形成，而无需在已注入氮离子的金刚石中进行热退火。我们发现，非热，电子束诱导的NV-形成的效率比热退火低约四倍。但是与单独的热退火相比，在暴露于低能电子之后的连续热退火步骤（800 C）中的NV中心形成增加了高达1.8倍。这些观察点重建的氮空位复合物诱导的电子激发从低能量电子作为NV-中心形成机制，并确定本地电子激发作为空间控制的室温NV-中心形成的手段。
2012-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
200 keV energy electron irradiation of single crystal diamond: Quantification of vacancy and nitrogen-vacancy production
本文定量研究了200 keV电子辐照单晶金刚石产生的空位深度分布，发现NV中心产生并非氮限制，空位过剩时NV会转化为NV2缺陷。
2025-09-08 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Structural manipulation of the graphene/metal-interface with Ar+ irradiation
受控缺陷的产生是详细研究材料中无序效应的先决条件。在这里，我们用低能Ar+照射石墨烯/Ir（111）-界面来研究诱导的结构变化。结合计算机模拟和扫描探针显微镜，我们表明，所产生的无序主要体现在形式的插入金属吸附原子和空位型缺陷的石墨烯。在较高的辐照能量（从1 keV以上）下，一个突出的特征是形成线状凹陷，它由界面内离子通道产生的连续石墨烯缺陷组成-就像石头在水面上跳跃一样。较低的能量导致更简单的缺陷，低至100 eV，其中每三个缺陷中有一个以上是石墨烯单空位。
2013-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Fermi Level Modulation of Boron Nitride Nanosheets by Vacancy Driven Compressive Strain
研究了氮化硼纳米片（BNNS）中压应变引起的功函数调制。BNNS薄膜在30 keV金束辐照下产生压应变。在辐照之前，通过拉曼光谱、紫外-可见光谱表征BNNS，其中使用Tauc图计算了由商业hBN粉末化学合成的BNNS的带隙，并且还使用利用BNNS的拉曼峰的半峰全宽（FWHM）的经验关系量化了薄膜上的层数。还拍摄了扫描电子显微镜（SEM）图像，其中原始BNNS样品中的层状结构可见，并且见证了BNNS样品上不规则点的辐照诱导变化。使用X射线衍射（XRD）表征BNNS样品，其中描绘了对应于（002）平面的峰以及向更高角度的峰偏移，这表明BNNS中的压缩应变也是可见的。最后，使用SRIM-2013 MC模拟讨论了Au辐照BNNS形成压应变的可能解释。我们已经解释了空位在材料中引起应变，从而降低功函数（WF）。利用扫描开尔文探针显微镜（SKPM）对BNNS表面的功函数进行了测量，发现WF随离子注入剂量的增加而降低。利用功函数值计算了应变值，结果与XRD结果定性一致。
2021-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Non-invasive transmission electron microscopy of vacancy defects in graphene produced by ion irradiation
用高能离子辐照已被广泛建议作为工程化石墨烯性质的工具。实验表明，它确实对它的输运、磁性和机械特性有很大的影响。然而，使用离子辐照作为工程工具需要对所产生的缺陷的类型和详细特性的理解，这仍然是缺乏的，因为使用高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）-唯一允许直接成像原子级缺陷的技术-经常在成像期间修改甚至产生缺陷，从而使得不可能确定固有的原子结构。在这里，我们表明，将所研究的石墨烯样品封装在另外两个（保护性）石墨烯片之间允许非侵入性HRTEM成像和原子级缺陷的可靠识别。使用这种简单的技术，我们证明了质子辐照石墨烯产生重建的单空位，这解释了这种缺陷对磁性和输运性质的深刻影响。这一发现解决了离子辐照对石墨烯电子结构影响的现有不确定性。
2014-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The nanostructure evolution in Fe-C systems under irradiation at 560 K
这项工作扩展了我们的对象动力学蒙特卡罗模型中子辐照诱导的Fe-C合金纳米结构的演变，考虑更高的辐照温度。以前的研究集中在辐照温度< 370 K。在这里，我们研究的空位和自填隙原子（SIA）团簇人口的演变在轻水反应堆的工作温度，通过模拟特定的参考辐照实验。根据我们以前的研究，碳对辐射缺陷演化的影响可以描述在与空位形成不动的复合物，这反过来又作为陷阱SIA集群。这种动力学模拟使用通用陷阱SIA和空位簇。陷阱的结合能取决于簇的大小和类型，并且也是根据先前进行的原子研究来选择的。该模型必须适应帐户的存在下，两种SIA集群，<111>并<100>在电子显微镜检查中观察到的Fe合金中子照射的温度下的技术利益。该模型，这是完全基于物理的考虑，只使用了几个参数进行校准，被发现是能够再现的实验趋势，从而提供洞察的物理机制的重要性，以确定在辐照过程中所经历的材料的纳米结构演变的类型。
2014-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Effects of applied mechanical strain on vacancy clustering in FCC Ni
采用分子动力学模拟研究了面心立方（FCC）Ni在机械应变下辐照诱导空位的演化。施加的流体静力应变导致不同的稳定形式的空位簇，即，在应变>= +2%下的空隙和在应变<= 0下的堆垛层错四面体（SFT）。SFT和空洞之间的直接转变表明，增加应变幅度有利于热力学稳定性和动力学演化。计算得到的自由能差能很好地验证了热力学模拟结果，表明熵的贡献对FCC Ni中空位团簇的热力学稳定性起着重要作用.
2020-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Fragmenting Diffusion Pathways Confers Extraordinary Radiation Resistance in Refractory Multicomponent Alloys
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；University of New Mexico（新墨西哥大学）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Stony Brook University（石溪大学）；University of Arizona（亚利桑那大学）；Los Alamos National Lab（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of Tennessee, Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校）
通过碎裂扩散路径，研究发现多组分合金能显著提高辐射抗性，为设计抗辐射材料提供了新思路。
2026-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh nitrogen-vacancy center concentration in diamond
使用电子和中子照射并随后以逐步方式进行热退火，在含有约100 ppm氮的金刚石单晶中产生高浓度的带负电荷的氮空位（$\text{NV}^{-}$）中心。用连续波电子顺磁共振（EPR）测定了各步反应中N原子向$\text{NV}^{-}$中心的转化率，最高可达17.5%.电子辐照后形成的电荷空位所示的EPR谱，但热退火恢复样品的质量作为缺陷信号减弱。我们发现在退火过程中约有25%的空位形成了NVs.大的$\text{NV}^{-}$浓度允许观察取向依赖的自旋弛豫时间，并且还允许使用电子自旋回波（ESE）和电子-核双共振（ENDOR）以高精度确定超精细和四极耦合常数。我们还观察到EPR信号与所谓的W16中心，其光谱特性可能意味着氮二聚体空位中心的起源。
2021-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Simulation of the nanostructure evolution under irradiation in Fe-C alloys
中子辐照引起钢的纳米结构变化，这是这些材料在核电厂运行期间经历的机械降解的起源。这些影响中的一些可以通过使用铁-碳系统作为模型合金来研究。目标动力学蒙特卡罗技术已被证明能够以一种现实和定量可靠的方式模拟整个辐照过程。我们已经开发了一个模型，用于模拟Fe-C系统使用的物理描述的性质的空缺和自填隙原子（SIA）集群，基于选择的最新数据从原子的研究和其他可用的实验和理论工作从文献。基于这些数据，碳对辐射缺陷演化的影响已在很大程度上被理解为形成不动的复合物与空位，反过来作为陷阱SIA集群。据发现，这种效果可以引入使用通用陷阱SIA和空位簇，结合能取决于集群的大小，也选择在以前进行的原子研究的基础上。该模型被证明是合适的再现低温（<350 K）中子辐照实验的结果，以及相应的辐照后退火高达700 K，在缺陷团簇密度和尺寸分布方面，从文献中的实验数据相比。陷阱的使用证明有助于我们的模型。
2013-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Defect-engineering hexagonal boron nitride using low-energy Ar+ irradiation
该研究利用低能 Ar+ 辐照对悬浮单层 hBN 进行缺陷工程，通过自动化 STEM 定量比较辐照前后缺陷浓度与类型，证明简单离子辐照已具备缺陷类型选择性。
2024-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Magnetically active vacancy related defects in irradiated GaN layers
采用金属有机物化学气相沉积法生长了2 MeV 4 He+辐照的GAN材料，并对其磁性进行了研究。粒子辐照允许可控地引入Ga空位的样品。浓度在4.3.之间变化的磁矩。在室温下观察到8.3x10^17 cm^-3的超顺磁性阻滞。在T = 5 K，矫顽场H_C = 270 Oe时出现明显的磁滞回线，表明随着Ga空位含量的增加，促进了更复杂的Ga空位缺陷的形成。所观察到的磁活性缺陷相对于总Ga空位浓度的小浓度表明氧/氢相关空位复合物的存在是所观察到的磁矩的来源。
2012-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Surface-mediated reduction of ion-irradiation-induced damage in tungsten revealed by advanced ion channeling analysis
Shenzhen University（深圳大学）；University of Helsinki（赫尔辛基大学）；Jožef Stefan Institute (JSI)（约瑟夫·斯蒂芬研究所）
研究针对未来聚变反应堆钨材料，结合先进离子通道分析与分子动力学模拟，揭示高温下单晶钨表面介导的辐射损伤减少现象，明确无位错区和过渡区，还给出强表面效应的可能解释。
2026-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Conversion pathways of primary defects by annealing in proton-irradiated n-type 4H-SiC
利用深能级瞬态谱和光致发光谱研究了n型4 H-SiC在质子辐照和退火后的缺陷布居的发展。提出了一个全面的模型来描述在低于1000°C的退火过程中辐照诱导的点缺陷的演化和相互转换。该模型提出的EH 4和EH 5陷阱经常发现DLTS起源于（+/0）属于不同配置的碳反位碳空位（CAV）复合物的电荷跃迁水平。此外，我们表明，硅空位（VSi）和CAV之间的转换通道被有效地阻止在n型条件下，但变得可用在样品中的费米能级已移动到带隙的中心，由于辐射诱导的施主补偿。在高达400°C的温度下，VSi和碳空位（VC）的退火被示出为由与残余自激体的复合主导。到更高的温度，CAV对密度的衰减的报告，这是密切相关的VC浓度的重新增加。对这个过程的一个可以想象的解释是CAV对分解成单独的碳反型体和VC缺陷。最后，所提出的数据支持的索赔，即在辐照SiC中的自由载流子的去除是由于引入补偿缺陷，而不是钝化的浅氮施主。
2020-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Electron-beam-induced adatom-vacancy-complexes in mono- and bilayer phosphorene
该研究针对磷烯缺陷表征与电子辐照缺陷特性研究不足的问题，通过实验观测到60kV电子辐照下单双层磷烯的稳定吸附原子-空位复合体，测得相关参数并结合模拟揭示其复合特性，为缺陷工程化磷烯器件研究提供支撑。
2024-09-17 cond-mat.mes-hall 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
Localized Nitrogen-Vacancy centers generated by low-repetition rate fs-laser pulses
在金刚石中的数百种杂质和缺陷中，氮空位（NV）中心是最有趣的一个，可用作量子技术和纳米传感的平台。传统上，人造金刚石是用高能电子或氮离子照射来产生这些色心的。为了精确定位的NV中心，飞秒激光照射已被提出作为一种替代方法，以产生空间定位的NV中心在金刚石。然而，迄今为止报道的大多数研究都使用高重复频率fs激光系统。在这里，我们研究了照射条件对NV $^-$生成的影响。具体而言，我们改变脉冲能量密度，激光聚焦，和脉冲的数量，在775 nm的150 fs脉冲从钛：蓝宝石激光放大器在1 kHz的重复率操作的照射。光学检测磁共振（ODMR）被用来调查所产生的NV中心，揭示了一个相当大的零场分裂的光谱，并表明在烧蚀过程中产生的晶格应变的条件可能是有害的量子信息应用。
2022-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Irradiation-induced amplification of electric fields at oxide interfaces as revealed by correlative DPC-STEM and DFT
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of California Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lehigh University（利哈伊大学）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
研究通过DFT和DPC-STEM技术揭示辐照诱导氧化物界面电场放大效应，展示如何通过控制氧化物结构来工程化防护层，以提升极端环境下的耐腐蚀性能。
2026-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Collision Cascade-Driven Evolution of Vacancy Defects in Ni-Based Concentrated Solid-Solution Alloys
本研究通过分子动力学与静力学模拟，探究镍基浓固溶体合金中碰撞级联驱动的空位缺陷演化，发现富铬合金因肖克利不全位错作用促进位错发射与层错四面体形核，且NiCr₂₀、NiFeCr₂₀仅在高能下呈现该机制。
2024-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Comparison of different methods of nitrogen-vacancy layer formation in diamond for widefield quantum microscopy
金刚石衬底近表面氮空位（NV）缺陷薄层是基于NV的宽场磁显微镜的主要研究对象，在物理学、地质学和生物学等领域有着广泛的应用。存在几种方法来产生这种NV层，其通常涉及通过生长和/或照射将氮原子（N）和空位（V）结合到金刚石中。虽然已经有详细的研究个别方法，直接并排实验比较所产生的磁灵敏度仍然缺失。在这里，我们描述了在室温和低温下，通过三种不同的方法制备的$\approx100$ nm厚的NV层：1）富N高压高温（HPHT）金刚石的低能碳照射，2）$δ$掺杂的化学气相沉积（CVD）金刚石的碳照射，3）低能N $^+$或CN $^-$注入到无N CVD金刚石中。尽管每种方法之间存在显著差异，但我们发现最好的HPHT样品产生相似的磁灵敏度（平均在2倍以内），对于直流磁场，$δ$ ~ $μ$ T Hz $^{-1/2}$，对于交流磁场，$<100$ ~nT Hz $^{-1/2}$（对于$400$ ~nm~ $\times~400$ ~nm像素），而N $^+$和CN $^-$注入的样品表现出差2-5倍的灵敏度，在室温和低温下。我们还研究了各自的方法所造成的晶格应变，并讨论了宽场NV成像的影响。每种方法的优点和缺点，以及未来可能的改进，进行了讨论。这项研究强调，低能量辐照的HPHT金刚石，尽管其相对简单，成本低，是一种有竞争力的方法，以创建薄NV层的宽场磁成像。
2020-06-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Deconvoluting Mechanisms of Radiation-Induced Grain Boundary Segregation in Dilute Ni-X (X = Fe, Cr, Mn) Alloys via Ion Irradiation and Phase-field Modeling
Idaho National Laboratory（爱达荷国家实验室）；Texas A&M University（德克萨斯农工大学）
本研究通过离子辐照与相场建模，揭示稀Ni-X合金中辐照诱导晶界偏析的机制，发现Fe贫化、Cr竞争性输运、Mn热力学富集，并强调需综合处理多种因素。
2026-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Effect of 2 MeV Fe3+ irradiation on Fe atom site population in a sigma-phase Fe-Cr compound
用转换电子穆斯堡尔谱（CEMS）研究了σ-Fe_（54. 5）Cr_（45.5）样品在300、400、475和700 ℃真空中用2 MeV的Fe ~（3+）离子辐照，最大剂量为12.5dpa。对室温CEMS谱的分析表明，辐照引起的Fe原子重新分布，即B和D位上的Fe原子数量减少，而A、C和E位上的Fe原子数量增加。的重新分配的程度被认为是成比例的非辐照样品中的晶格位点上存在的Fe原子的数量。在300摄氏度下照射的样品中显示出最高程度的再分布。在700 ℃下辐照的样品中没有发现位点占有率的变化。
2016-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Influence of irradiation on defect spin coherence in silicon carbide
碳化硅（SiC）中的辐照诱导晶格缺陷已经超过了其以前的声誉，纯粹是性能抑制。由于其显著的量子特性，如长的室温自旋相干性和降尺度到单光子源水平的可能性，它们已被证明是众多量子信息应用的有希望的候选者。任何量子系统最关键的参数之一是它的量子相干性能保持多久。利用脉冲光探测磁共振（ODMR）技术，研究了中子、电子和质子辐照4 H-SiC中硅空位的自旋-晶格弛豫时间（$T_1$）和自旋相干时间（$T_2$）。我们还研究了辐照能量和样品退火的效果。我们建立了对所有类型的照射的$T_1$时间的鲁棒性，并揭示了发射体密度的$T_2$时间的通用缩放。我们的研究结果可用于优化特定任务中SiC中硅空位量子比特的相干特性。
2019-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Mechanisms of Microstructural Evolution and Degradation in Aluminum under High-Damage Irradiation
University of Florida（佛罗里达大学）
研究铝合金在高损伤辐照下微观结构演化与降解机制，结合传统模拟与IKA方法，确定三个阶段，揭示缺陷转变及协同效应增加辐照硬化，为铝反应堆材料辐照降解提供见解。
2026-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Correlation between anion defects and ion beam induced luminescence in Y4Zr3O12
Zr/Al ODS合金的潜在应用取决于Y_4Zr_3O_（12）弥散相的辐照稳定性。识别缺陷类型的基础研究对于识别减轻损害的途径非常重要。在这种情况下，研究有关的点缺陷和他们的集群识别的原位离子发光光谱。在100 keV的He+离子辐照过程中获得的电离发光光谱显示出两个突出的带，在330 nm和415 nm。使用密度泛函理论计算与HSE 06混合交换相关功能，发光带已被确定为产生由于本地和辐射诱导的氧空位缺陷在带电和中性配置。
2021-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Ion irradiation tolerance of graphene as studied by atomistic simulations
由于石墨烯对气体分子是不可渗透的，同时对高能离子是透明的，因此已建议将其作为用于将高真空离子束系统与保持在环境条件下的靶分离的窗口材料。然而，石墨烯膜中的辐射诱导损伤的积累可能导致其机械失效。使用原子模拟，我们表明，即使在高空位浓度的辐照石墨烯没有显示出这种不稳定的迹象，表明石墨烯窗口的相当大的鲁棒性。我们进一步表明，在石墨烯的辐射损伤的上限和下限的估计可以使用一个简单的模型。
2012-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Preferential bond formation and interstitial/vacancy annihilation rate drive atomic clustering in gallium ion sputtered compound materials
研究利用VEELS和模拟发现，镓离子辐照下化合物材料中纳米团簇的化学组成由优先键合形成与间隙/空位消耗率的竞争决定。
2023-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Electrically switchable vacancy state revealed by in-operando positron experiments
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；General Flash（通用闪光）；Washington State University（华盛顿州立大学）；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
研究通过正电子湮灭光谱发现铜中可逆电控空位态，证实电流驱动下非平衡缺陷产生，揭示空位到团簇的松弛层次，显示电流诱导弗伦克尔对生成。
2026-04-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Defect Modulated Band Modification in Ion Implanted MgO Crystal: Experimental and Ab Initio Calculations
缺陷产生和消除是器件制造中的基本概念。本文研究了MeV的Ni离子辐照在MgO中引起的价带和导带之间的缺陷态对光学带隙的影响。离子注入MgO单晶产生的替位缺陷态以及F（阴离子空位中心）、$F_2$、其它氧空位中心和V（阳离子空位中心）中心可作为细丝应用于基于价电荷存储的阻变存储器中。通过改变电子能带结构，确定了光学带隙随Ni离子注量的变化。密度泛函理论（DFT）计算有助于理解由MgO结构组成的空位和替位缺陷的电子能带结构的演化。
2022-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Diamond-defect engineering of NV- centers using ion beam irradiation
本研究探索MeV离子束辐照对氮掺杂金刚石中NV⁻中心的可控生成作用，通过轻/重离子及不同参数结合退火实现高NV⁻密度且无石墨化，量化了离子束控制空位分布的有效性，为优化金刚石量子磁传感器性能提供方法。
2024-12-04 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph physics.app-ph
Coexistence of surface oxygen vacancy and interface conducting states in LaAlO3/SrTiO3 revealed by low-angle resonant soft X-ray scattering
本研究利用小角共振软X射线散射结合第一性原理计算，揭示LaAlO₃/SrTiO₃薄膜中表面氧空位与界面导电态共存，阐明了氧空位对绝缘体-金属转变的作用及电子关联的影响，为探测氧化物异质结构界面电子性质提供新方法。
2023-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic insights into Cu segregation effects on irradiation-induced defect dynamics in medium-entropy alloys
Bangladesh University of Engineering and Technology (BUET)（孟加拉国工程与技术大学）
本研究通过混合分子动力学和蒙特卡洛模拟，揭示了Cu偏析对FeNiCu中辐射诱导缺陷演化的影响，发现CSS结构能有效抑制缺陷簇生长并提升抗辐照肿胀能力。
2025-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Point defect evolution under irradiation: finite size effects and spatio-temporal correlations
辐照下的点缺陷浓度的演变是由它们的扩散性质，并通过它们的形成和消除机制。后者包括空位和杂质的相互复合，以及汇点缺陷的消除。在这里，我们表明，这种演变的建模通过原子动力学蒙特卡罗（AKMC）模拟，必须使用小的系统尺寸，引入强烈的空间和时间之间的相关性的空缺和mattitials，这可能会强烈影响的重组率和点缺陷浓度。在这种情况下，标准速率理论模型无法预测实际的点缺陷浓度。当点缺陷的消除仅通过复合发生时，该效果特别强，但在存在汇的情况下仍然可以是显著的。我们提出了一个新的相关对理论，充分考虑到空位和间隙对之间的相关性，并预测点缺陷浓度与AKMC模拟吻合良好，即使在非常小的系统。相关对理论可用于修改AKMC模拟中的消除速率，以产生标准速率理论预测的点缺陷浓度，即代表大型系统，即使使用小型模拟箱也是如此。
2020-04-03 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
Effect of heavy ion irradiation on microstructure and electron density distribution of zirconium alloy characterised by X-ray diffraction technique
采用不同的X射线衍射线轮廓分析（XRDLPA）技术对Zr-1.0%Nb-1.0%Sn-0.1%Fe合金辐照后的显微组织进行了分析。用Williamson-Hall技术、修正Rietveld分析和双Voigt方法估算了辐照合金的畴尺寸、微应变、位错密度和层错几率随剂量的变化。位错密度随辐照剂量的增加有明显的变化。分析还估计了辐照后主要滑移面中位错的平均密度。首次用X射线衍射技术确定了辐照引起的电子密度分布的变化。我们可以估计的平均位移的原子和晶格应变所造成的辐射从电子密度分布的变化，如观察到的等高线图。
2006-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Study of the optimal conditions for NV- center formation in type 1b diamond, using photoluminescence and positron annihilation spectroscopies
研究了质子辐照结合真空热退火在~1b型金刚石单晶中产生负电荷氮空位色心（NV-）的最佳工艺参数。几个样品在不同的辐照和退火条件下处理，其特征在于慢正电子束多普勒展宽和光致发光（PL）光谱。在高质子注量的另一个复杂的空位缺陷出现限制NV-的形成。根据PL测量，NV-的浓度估计高达2.3 x 10^18 cm^-3。此外，我们还用NV ~-理论推导了正电子的俘获系数。这项研究深入了解了金刚石中高浓度NV-的生产，这在超灵敏磁力测量和量子混合系统应用中至关重要。
2011-08-24 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Creation of nitrogen-vacancy centers in chemical vapor deposition diamond for sensing applications
金刚石中的氮空位（NV）中心是一个很有前途的量子系统，在其自旋子能级中表现出微小的能量位移的光学读出的磁学应用。NV系综的关键材料要求是高NV $^-$浓度、长自旋相干时间和稳定的电荷状态。然而，这些是相互依赖的，并且在金刚石生长和随后的NV创建期间可能难以优化。本文系统地研究了化学气相沉积金刚石中NV心的形成及其性质。生长期间的氮流量变化超过4个数量级，导致单一替代氮浓度为百万分之0.2-20的宽范围。对于一个固定的氮浓度，我们优化电子辐照通量与两个不同的加速电子能量，我们研究缺陷的形成，通过光学表征。我们讨论了一个一般的方法来确定最佳的照射条件，其中一个增强的NV浓度和最佳的NV电荷状态都可以得到满足。我们实现了自旋-自旋相干时间T $_2$范围从45.5到549 $μ$ s的CVD金刚石含有168至1十亿份NV $^-$中心，分别。这项研究显示了一种途径，以工程师的NV掺杂CVD金刚石的性能，以提高灵敏度。
2021-11-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Structural Modificationand Variation in the Kinetics of Isoconversional Phenomena: A Study on the Effect of Gamma Irradiation on Poly (Ethylene Oxide)
采用DSC和FTIR技术研究了不同剂量（1-30 kGy）γ辐照对聚环氧乙烷（PEO）热性能、结晶性能和结构性能的影响。粉末（P-S系列）和溶液（P-L系列）两种状态的PEO经辐照后形成均匀的薄膜，DSC结果表明，P-S系列的结晶度在20 kGy以下稳定增加，之后非晶区增加，直到30 kGy。相反，P-L-系列显示出在7 kGy的低范围内保留的大大增强的结晶度，随后急剧下降的趋势，直到30 kGy。DSC也被用来确定多个动力学过程中的isoconversional PEO熔融使用弗里德曼微分分析。发现伽马辐照可产生FTIR研究中确定的更新官能团。FTIR光谱所产生的峰，即-C=O，-C=C-表现出断裂为主的辐射诱导在空气的存在下。红外光谱也证明了交联的贡献，在液体辐照下更高。DSC和FTIR的研究结果与聚合物的微观结构相关。因此，选择性辐照剂量可以相对于聚合物的暴露状态（固体或溶液）来确定，并用于定制PEO的性质。
2014-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Photoactivation of color centers induced by laser irradiation in ion-implanted diamond
本文提出利用毫瓦级连续波激光局域辐照，在离子注入金刚石中无需热退火即可直接光激活Mg和Sn相关色心，实现单光子发射器的可控、低成本、原位可监测制备。
2024-09-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Materials Swelling Revealed Through Automated Semantic Segmentation of Cavities in Electron Microscopy Images
准确量化已经受辐照的合金的溶胀对于理解核反应堆中的合金性能是必不可少的，并且对于反应堆设施的安全和可靠操作是至关重要的。然而，典型的做法是由领域专家研究人员手动量化合金电子显微镜图像中的辐射诱导缺陷。在这里，我们采用了一种端到端的深度学习方法，使用掩模区域卷积神经网络（Mask R-CNN）模型来检测和量化辐照合金中的纳米级空腔。我们已经组装了迄今为止最大的标记腔图像数据库，其中包括400张图像，> 34 k个离散腔，以及许多合金成分和辐照条件。我们已经评估了模型性能的统计（精确度，召回率和F1评分）和以材料属性为中心的（空腔大小，密度和膨胀）指标，并对材料膨胀评估进行了深入分析。我们发现，我们的模型给出了材料膨胀的评估，平均（标准差）膨胀平均绝对误差的基础上，随机遗漏交叉验证的0.30（0.03）%的膨胀。这一结果表明，我们的方法可以在每个图像和每个条件的基础上准确地提供膨胀度量，这可以提供对材料设计的有用见解（例如，合金精炼）和使用条件的影响（例如，温度、辐照剂量）对溶胀的影响。最后，我们发现有测试图像的情况下，统计指标较差，但在膨胀小的错误，指出需要超越传统的基于分类的指标，以评估对象检测模型的材料领域的应用。
2022-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Au9+ swift heavy ion irradiation of Zn[CS(NH2)2]3SO4 crystal: Crystalline perfection and optical properties
用150 MeV的Au ~（9+）快重离子辐照三硫脲硫酸锌（Zn[CS（NH_2）_2]_3SO_4）单晶，并与纯晶体进行了晶体完整性和光学性质的对比分析。傅里叶变换红外光谱和X射线粉末衍射分析表明，快离子导致晶格中分子键的无序和断裂，但没有形成新的结构相。高分辨X射线衍射（HRXRD）分析表明，辐照区晶体中存在大量的点缺陷，并形成镶嵌结构和小角度晶界。快离子辐照对晶格振动模式和官能团有显著影响。重离子引入的缺陷作为色心，导致了光致发光强度的增强。发现光学透明度和带隙减小。
2014-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Design Kinetic Parameters for Improved Resilience of Materials under Irradiation
本研究针对高熵合金成分设计空间庞大的问题，提出基于缺陷特性、以促进间隙原子-空位复合为核心的抗辐照高熵合金设计准则，通过速率理论计算与分子动力学模拟验证，并得到实验支撑，可减少材料筛选的实验工作量。
2024-12-17 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
Effect of He-ion irradiation on short-range ordering in model (EFDA) Fe-Cr alloys
用转换电子穆斯堡尔谱研究了He离子辐照对Fe_（100-x）Cr_x（x=5.8，10.75，15.15）模型中短程有序的影响。用0.25和2.0 MeV的离子辐照合金，剂量为7.5 dpa。短程有序用Warren-Cowley参数表示：alpha 1（第一个最近邻壳层），alpha 2（第二个最近邻壳层）和alpha 12（两个壳层）。对于所有的合金和两种能量的Cr原子的集群被揭示，至于α 1和α 2被认为是，但它的程度被发现是浓度和能量依赖。然而，平均短程序参量α 12在x=10处表现出从有序到聚类的交叉过渡。最强的能量效应发生在x=5.8，最弱的能量效应发生在x=10.75。
2016-10-27 cond-mat.mtrl-sci
MAPbBr3 monocrystals under electron beam radiolysis and degradation revealed by cathodoluminescence spectroscopy
本文利用阴极发光光谱研究低能电子束辐照下MAPbBr3单晶的降解，发现辐照剂量导致光谱峰位从2.23 eV移至>2.5 eV，并指出高能电子束可减缓分解腐蚀过程。
2023-05-11 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
Parameter-free prediction of irradiation defect structures in tungsten at room temperature using stochastic cluster dynamics
University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
本文提出了一种无需参数的介观模型，用于预测钨在室温下的辐照缺陷结构，通过结合原子模拟与缺陷动力学，实现了与实验数据的高度一致。
2026-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Direct formation of nitrogen-vacancy centers in nitrogen doped diamond along the trajectories of swift heavy ions
本文报道了用深度分辨光致发光法测量了在生长过程中掺氮100 ppm的Ib型合成单晶金刚石中沿快重离子（SHIs）径迹形成的氮空位（NV $^-$）中心。光谱分析表明，NV $^-$中心优先形成的区域内，其中电子停止过程占主导地位，而不是在离子范围的末端，其中弹性碰撞导致形成的空位和缺陷。热退火进一步增加NV收益率照射后，优先在高空位密度的区域与SHI。沿着单个快速重离子的轨道形成的NV中心可以用提升技术分离，用于在准一维寄存器中探索色心量子位，其平均量子位间距为几纳米，沿着10至30微米长的渗滤链每微米约100个色心。
2021-03-01 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph quant-ph
Impact of 700keV Ni++ ion irradiation on structural and optical properties of GaN
本文研究700 keV Ni++离子辐照对GaN薄膜的影响，发现随辐照剂量增加，XRD出现额外峰且带隙从3.40 eV降至3.26 eV，归因于缺陷和新相的形成。
2023-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Photoluminescence of ion-synthesized 9R-Si inclusions in SiO2/Si structure: effect of irradiation dose and oxide film thickness
与传统的立方相硅相比，六方硅多型体的研究因其独特的物理性质而受到特别的关注。因此，对于一些六方相，已经证明了发射特性的显著改善。本文系统地研究了不同剂量Kr+离子辐照SiO2/Si结构并在800 °C退火后的发光特性。对于这样的结构，在~ 1240 nm处观察到光致发光线，并与六方9 R-Si相夹杂物的形成相关联。研究发现，氧化膜厚度的变化以及离子分布轮廓与膜/基界面的相对位置的变化导致发光强度的规律性变化。所观察到的依赖关系的性质进行了讨论，与所需的3C-Si -> 9 R-Si结构转变和非辐射缺陷的产生之间的相互作用。实验结果表明，离子辐照条件有利于类金刚石硅中光学活性9 R-Si相的合成。
2021-03-29 cond-mat.mtrl-sci
