Abstract Magneto‐ionics relies on the voltage‐driven transport of ions to modify magnetic properties. As a diffusion‐controlled mechanism, defects play a central role in determining ion motion and, hence, magneto‐ionic response. Here, the potential of ion implantation is exploited to engineer depth‐resolved defect type and density with the aim to control the magneto‐ionic behavior of Co 3 O 4 thin films. It is demonstrated that through a single implantation process of light ions (He + ) at 5 keV, the magneto‐ionic response of a nanostructured 50 nm thick Co 3 O 4 film, in terms of rate and amount of induced magnetization, at short‐, mid‐, and long‐term voltage actuation, can be controlled by varying the generated collisional damage through the ion fluence. These results constitute a proof‐of‐principle that paves the way to further use ion implantation (tuning the ion nature, energy, fluence, target temperature, or using multiple implantations) to enhance performance in magneto‐ionic systems, with implications in ionic‐based devices.

Abstract We report on defects dynamics during heat treatment in plastically deformed metallic materials using positron annihilation lifetime spectroscopy carried out on the intense pulsed positron beam. The conducted experiment allowed us to observe the changes in the concentration and sizes of vacancy-like defects observed during in situ annealing. We monitored heat treatments up to 300 °C in hydrostatic extruded Ti and cavitation peened V–4Cr–4Ti alloy. We were able to track the recovery processes in Ti and redistribution of large voids at the surface of cavitation peened V–4Cr–4Ti alloy. The relaxation time during recovery was about 20 min. Performed experiments show that in cold-worked metallic materials significant changes in vacancy clusters concentrations occur at mildly elevated temperatures. The presented results give opportunity to the application of in situ observation of defects dynamic to similar problems related to thermomechanical processing of metallic materials. Graphical abstract

Grasping (electronic) structure changes during photochromic processes is crucial for fully understanding the photochromic effect in rare-earth oxyhydride films. In this study, we employ in situ UV illumination positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS) to investigate the time evolution of open-volume defects and metallic domains during photodarkening and bleaching in yttrium oxyhydride films. The PALS depth profiles before and after a photodarkening-bleaching cycle reveal a light-induced increase in open-volume defects, that occurs homogeneously throughout the oxyhydride layer. The time-dependent PALS measurements show that upon photodarkening, a fast initial formation of metallic domains occurs, as well as a fast release of loosely bounded hydrogen from vacancy clusters and nanopores. During further photodarkening, the concentration of divacancy-like defects gradually increases due to the aggregation of light-induced hydrogen vacancies with preexisting yttrium monovacancies. After the UV illumination is stopped, two subsequent bleaching phases are observed. During the first bleaching phase, a strong correlation between the shortest positron lifetime τ1 and the photochromic contrast is seen in both samples, suggesting that metallic domains disappear and, correspondingly, positron trapping at yttrium monovacancies and divacancy-like defects increases. During the second bleaching phase, a subsequent correlation between τ1 and the photochromic contrast is observed in the more H-rich sample, which is related to the disappearance of larger metallic domains. After bleaching, most of the metallic domains and the photoexcited electrons in the matrix have disappeared, while the formed small vacancy complexes and larger vacancies remain stable. Our PALS study suggests that the formation of metallic domains is the cause of photodarkening, and the formed vacancy defects are important for understanding the memory effect. locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon Physics Subject Headings (PhySH)Crystal defectsPhotoinduced effectVacanciesSemiconductorsThin filmsAb initio calculationsOptical spectroscopyPositron annihilation spectroscopy

LiMn2O4 (LMO) cathodes present large stability when cycled in aqueous electrolytes, contrasting with their behavior in conventional organic electrolytes in lithium-ion batteries (LIBs). To elucidate the mechanisms underlying this distinctive behavior, we employ unconventional characterization techniques, including variable energy positron annihilation lifetime spectroscopy (VEPALS), tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS), and macro-Raman spectroscopy (with tens of μm-size laser spot). These still rather unexplored techniques in the battery field provide complementary information across different length scales, revealing previously hidden features. VEPALS offers atomic-scale insights, uncovering cationic defects and subnanometer pores that tend to collapse with cycling. TERS, operating in the nanometric range at the surface, captured the presence of Mn3O4 and its dissolution with cycling, elucidating dynamic changes during operation. Additionally, TERS highlights the accumulation of SO42– at grain boundaries. Macro-Raman spectroscopy focuses on the micrometer scale, depicting small changes in the cathode's long-range order, suggesting a slow but progressive loss of crystalline quality under operation. Integrating these techniques provides a comprehensive assessment of LMO cathode stability in aqueous electrolytes, offering multifaceted insights into phase and defect evolution that can help to rationalize the origin of such stability when compared with conventional organic electrolytes. Our findings advance the understanding of LMO behavior in aqueous environments and provide guidelines for its development for next-generation LIBs.