論文の概要: QED theory of electron beam-induced electronic excitation and its effect on sputtering cross sections in 2D crystals

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.10002v1
• Date: Sat, 18 Dec 2021 21:15:19 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-04 04:54:53.445489
• Title: QED theory of electron beam-induced electronic excitation and its effect on sputtering cross sections in 2D crystals
• Title（参考訳）: 電子ビーム誘起電子励起のqed理論と2次元結晶のスパッタ断面積への影響
• Authors: Anthony Yoshimura, Michael Lamparski, Joel Giedt, David Lingerfelt, Jacek Jakowski, Panchapakesan Ganesh, Tao Yu, Bobby Sumpter, and Vincent Meunier
• Abstract要約: 電子線照射下での2次元材料の原子変位率を予測するために、多くの計算モデルが開発されている。 本稿では、ビーム誘起電子励起の確率を計算するための第一原理法を開発する。 提案したQED-DFT法は、任意の結晶材料において、様々なビーム駆動現象を記述するために容易に拡張できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.776601670093464
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Many computational models have been developed to predict the rates of atomic displacements in two-dimensional (2D) materials under electron beam irradiation. However, these models often drastically underestimate the displacement rates in 2D insulators, in which beam-induced electronic excitations can reduce the binding energies of the irradiated atoms. This bond softening leads to a qualitative disagreement between theory and experiment, in that substantial sputtering is experimentally observed at beam energies deemed far to small to drive atomic dislocation by many current models. To address these theoretical shortcomings, this paper develops a first-principles method to calculate the probability of beam-induced electronic excitations by coupling quantum electrodynamics (QED) scattering amplitudes to density functional theory (DFT) single-particle orbitals. The presented theory then explicitly considers the effect of these electronic excitations on the sputtering cross section. Applying this method to 2D hexagonal BN and MoS$_2$ significantly increases their calculated sputtering cross sections and correctly yields appreciable sputtering rates at beam energies previously predicted to leave the crystals intact. The proposed QED-DFT approach can be easily extended to describe a rich variety of beam-driven phenomena in any crystalline material.
• Abstract（参考訳）: 電子線照射下での2次元材料中の原子変位率を予測するために多くの計算モデルが開発された。 しかしながら、これらのモデルはしばしば、ビーム誘起電子励起が照射された原子の結合エネルギーを減少させる2次元絶縁体の変位率を劇的に過小評価する。 この結合軟化は理論と実験の間に質的な相違をもたらし、多くの現行モデルによる原子の転位を駆動するために、ビームエネルギーでかなりのスパッタリングが実験的に観測される。 量子電磁力学(qed)散乱振幅を密度汎関数理論(dft)の単粒子軌道に結合することにより、ビーム誘起電子励起の確率を計算する第一原理法を開発した。 提示された理論は、スパッタリング断面に対するこれらの電子励起の効果を明示的に考慮する。 この手法を2DヘキサゴナルBNとMoS$2$に応用すると、計算されたスパッタリング断面積が著しく増加し、これまで予測されていたビームエネルギーで適切なスパッタリング速度が得られる。 提案したQED-DFT法は、どんな結晶材料でも様々なビーム駆動現象を記述できる。

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