离子与固体相互作用——基本原理及应用

现代科技的发展依赖于对材料特性的精确控制. 离子束在集成电路技术中有广泛应用, 能够实现表面和近表面区域的可控化改性, 例如, 在每条集成电路生产线中都有离子注入系统. 除了集成电路技术外, 离子束还可用于改变金属、金属间化合物和陶瓷材料的机械、摩擦学和化学性能, 但并不影响材料的整体性能. 离子与固体相互作用是离子束广泛应用于材料改性技术的基础. 本书内容涵盖了离子与固体相互作用的基本原理及应用.
本书可以作为教科书, 也可以为对离子与固体相互作用感兴趣的研究人员提供有价值的参考.本书面向对电子器件、材料表面工程、反应堆和核工程, 以及与亚稳相合成相关的材料学感兴趣的高年级本科生及研究生.

离子与固体相互作用涉及到离子与晶格原子的二体碰撞、离子在固体中的能量损伤（包括核能损和电子能损）、射程及其分布、沟道效应、辐照损伤、溅射物理、峰效应等基本概念和基础知识。它是核技术，特别是离子束应用的理论基础。目前国内外在核技术应用领域几大研究热点，如质子重离子放疗、核能材料与飞行器芯片的辐照损伤、聚焦离子束（FIB）制备纳米结构等，其理论基础均来自离子束与固体的相互作用。国内中科院及各大高校的相关学科专业都在开展这些方面的研究工作并培养这方面的研究生。本书分为八章详细阐述了上述内容，此外有五章内容以基础理论为依托，分别讲述了五项重要的离子束应用实例，以利于学生不仅能更好地掌握离子与固体相互作用的基本概念和基础知识，同时也同学们了解离子束广阔的应用。

[美]迈克尔·纳斯塔西(Michael Nastasi)【著】【美国】【现当代】
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[美]迈克尔·纳斯塔西(Michael Nastasi)毕业于康奈尔大学，目前担任得克萨斯农工大学核能工程系主任，在材料科学领域做出重大贡献。曾获得美国核学会的杰出核材料科学家奖。他的研究重点包括材料的辐射损伤、机械性能和长期稳定性，尤其是在离子束材料改性和表征方面具有丰富的经验和成就。

[美]詹姆斯·W.迈耶(James W. Mayer)【著】【美国】【现当代】
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[美]詹姆斯·W.迈耶(James W. Mayer)，1952年获得普渡大学物理学博士学位，1997年当选为高尔文科学与工程教授。1981年，他因为在半导体植入领域的研究而获得了材料研究学会的范希佩尔奖。他专长于半导体材料和离子束相互作用，他的研究工作极大地推动了材料科学，特别是半导体处理技术的发展。

[美]詹姆斯·K.希尔沃宁（James K. Hirvonen）【著】【美国】【现当代】
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詹姆斯·K.希尔沃宁（James K. Hirvonen），工作于美国陆军研究实验室。他的研究主要集中在材料的表面和界面特性及其应用，涵盖了从纳米技术到宏观工程材料的广泛领域，特别是在极端环境下材料的性能和稳定性研究方面做出了显著贡献。他也涉足开发新的合金和陶瓷材料，用于核能系统和航空领域的应用中。

王晨旭【译】【中国】【现当代】
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王晨旭，北京大学物理学院研究员/助理教授，博士生导师。2016年毕业于北京大学物理学院。2016至2020年，在美国斯坦福大学从事博士后研究。2020年10月，入职北京大学重离子物理研究所。主要的研究方向包括核能材料的辐照损伤效应；包埋材料的高压稳定性；辐照和高压等极端条件对材料的改性等。目前已发表SCI文章50余篇，包括3篇Nature Communications、1篇Applied Physics Reviews、1篇Science Advances、1篇National Science Review、5篇Acta Materialia等。曾获得美国陶瓷学会ECD全球青年科学家奖、北京大学优秀博士论文奖、国际高性能陶瓷大会最佳口头报告奖等。此外，担任Nano Letters, Acta Materialia等杂志审稿人。”

王宇钢【译】【中国】【现当代】
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北京大学物理学院教授，副院长、北京大学学位委员会物理分会主席。

第1章 基本特征和概念1

1.1引言1

1.2射程分布3

1.3晶格无序4

1.4原子密度和面密度5

1.5能量和粒子7

1.6玻尔速度和半径10

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第2章 原子间势12

2.1引言12

2.2原子之间的相互作用力12

2.3原子之间的短程和长程相互作用力13

2.4原子间势模型13

2.4.1刚球势14

2.4.2方阱势14

2.4.3负幂势14

2.4.4伦纳德-琼斯势15

2.5固体中的原子间势15

2.6固体的物理性质17

2.6.1结合能17

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