Crossover of energy deposition and semi-stable chemical bonding in the nonadiabatic dynamics of GaN under proton irradiation

质子 离子 辐照 原子物理学 化学物理 阻止力 电子 分子动力学 离子束 绝热过程 化学 分子物理学 材料科学 物理 核物理学 计算化学 热力学 有机化学
作者
Yuan He,Zun‐Yi Deng,Hong‐Jian Feng
出处
期刊:Journal of Physics: Condensed Matter [IOP Publishing]
卷期号:35 (41): 415502-415502 被引量:1
标识
DOI:10.1088/1361-648x/ace2a3
摘要

Abstract Understanding the ion-solid interactions of charged particles in materials facilitates the development of ion beam irradiation techniques. Combining Ehrenfest dynamics and time-dependent density-functional theory, we investigated the electronic stopping power (ESP) of an energetic proton in GaN crystal and studied the ultrafast dynamic interaction between the proton and target atoms during the nonadiabatic process. We found a crossover phenomenon of ESP at 0.36 a.u. along the <100> and <110> channels, which is interpreted by the charge transfer between the host material and the projectile and the stopping force exerted on the proton. At velocities of 0.2 and 1.7 a.u., we demonstrated that the reversal of the average number of charge transfer and the average axial force resulted in the reversed energy deposition rate and ESP in the corresponding channel. Further analysis of the evolution of non-adiabatic electronic states revealed the existence of the transient and semi-stable N–H chemical bonding during irradiation process, which is introduced by the electron clouds overlap of N sp 3 hybridization and the s orbitals of the proton. These results provide meaningful information for the interactions between energetic ions and matter.
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