Asynchronous propagation of atomic force and excited electronic charge in GaAs under proton irradiation

激发态 原子物理学 质子 电子 激发 离子 人口 辐照 物理 材料科学 核物理学 量子力学 社会学 人口学
作者
Wenhao Shi,Zun‐Yi Deng,Hong‐Jian Feng
出处
期刊:Journal of Physics: Condensed Matter [IOP Publishing]
卷期号:36 (21): 215706-215706
标识
DOI:10.1088/1361-648x/ad2762
摘要

The studies for the interaction of energetic particles with matter have greatly contributed to the exploration of material properties under irradiation conditions, such as nuclear safety, medical physics and aerospace applications. In this work, we theoretically simulate the non-adiabatic process for GaAs upon proton irradiation using time-dependent density functional theory, and find that the radial propagation of force on atoms and the excitation of electron in GaAs are non-synchronous process. We calculated the electronic stopping power on proton with the velocity of 0.1-0.6 a.u., agreement with the previous empirical results. After further analyzing the force on atoms and the population of excited electrons, we find that under proton irradiation, the electrons around the host atoms at different distances from the proton trajectories are excited almost simultaneously, especially those regions with relatively high charge density. However, the distant atoms have a significant hysteresis in force, which occurs after the surrounding electrons are excited. In addition, hysteresis in force and electron excitation behavior at different positions are closely related to the velocity of proton. This non-synchronous propagation reveals the microscopic dynamic mechanism of energy deposition into the target material under ion irradiation.

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