【摘要】 材料中点缺陷的微观理论和模拟在过去的一个世纪中得到了发展。

对材料缺陷的理解和控制对新技术的发展至关重要。缺陷能使绝缘材料导电，使透明材料变色，使惰性材料起反应。

 

在电池中，点缺陷决定了固态组件中电子和离子输运之间的平衡，从而决定了充电和降解速率。在太阳能电池中，主动吸收层的缺陷为光生电子和空穴提供了重组途径，限制了效率。在光/电催化系统中，表面层缺陷提供活性位点，提高反应速率。在量子计算机中，缺陷的自旋态可以作为量子信息的基本单位进行控制和测量。

 

材料中点缺陷的微观理论和模拟在过去的一个世纪中得到了发展。关于玻恩和冯在1912年关于晶体中原子振动的富有远见的工作，Kármán、弗伦克尔考虑了1926年原子从其规则晶格位置到间隙位置的热激活跳跃，硅晶体中随后的Frenkel对形成可以用缺陷反应来描述。这就产生了一个空缺V硅和相应的间隙硅i.样品中这种弗伦克尔对的平衡分数将取决于它们形成的能量成本。

 

这个问题促使Mott和Littleton在1938年发展了一种计算离子固体中带电空位和间隙原子能量的形式，它将缺陷位置的原子描述与主体晶体介电响应的连续描述结合起来。从那时起，已经开发了多种缺陷建模技术，包括量子力学/分子力学(QM/MM)嵌入，格林函数方法，和采用周期性边界条件的超晶胞技术[1]。

 

[1] Irea Mosquera-Lois, Seán R. Kavanagh, Johan Klarbring, et al. Imperfections are not 0 K: free energy of point defects in crystals. Chem. Soc. Rev., 2023,52, 5812-5826.

 

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