磁场对材料塑性、强度和结构缺陷状态的影响被称为磁致塑性效应，它可以发生于金属、半导体和离子晶体等材料中。磁致塑性效应既包括磁场作用下的各种即时效应，也包括磁场作用后的各种残留效应。

蔡志鹏课题组研究了磁场对通过离子注入方式掺磷的单晶硅注入层纳米硬度的影响。结果表明，经过磁场作用，单晶硅的纳米硬度可发生显著的提升，但是这一提升可以通过快速退火而消除；对未经磁场作用的单晶硅，快速退火对其纳米硬度无影响，但是经过快速退火之后，磁场也不再能影响其纳米硬度。

图1 磁场和退火对单晶硅纳米硬度的影响。流程示意图中：B— 磁场，T—退火，箭头—纳米硬度测量。

蔡志鹏课题组探讨了上述现象的机理，提出磁场促进了离子注入层中大量空位集团的解聚从而产生大量非平衡空位；在纳米压痕的加载过程中，空位在半原子面的吸引下结合到纳米压痕所产生的位错上，引起位错攀移；发生攀移的位错段离开滑移面，因此难以发生滑移，从而加强了位错钉扎。退火能够广泛地消除注入层中的空位集团，从而使磁场促进空位集团解聚的效应被消除。

图2 磁场和退火对空位集团状态的影响。

蔡志鹏课题组提出了磁场促进空位集团解聚效应的可能机理：磁场可促进电子对（Si-Si键）从单线态向三线态的系间窜越，由于三线态的寿命远比单线态更长，因此处于激发态的电子对的比例将会提高，从而断键效率提高，原子迁移更容易发生。这一机理也适用于其他磁致塑性效应，因为本质上空位集团的解聚以及位错的脱钉和滑移都是靠（临近结点之间的）原子迁移实现的。

该成果于2018年7月发表于物理学期刊JETP Letters上。

文章链接：http://link.springer.com/article/10.1134/S0021364018130040