$T_1$- and $T_2$-spin relaxation time limitations of phosphorous donor electrons near crystalline silicon to silicon dioxide interface defects
含磷施主电子自旋和自旋相关电子跃迁的研究（111）取向的结晶硅（c-Si）附近的（$^{31}$ P）原子与二氧化硅接触在液态$^4$ He温度（$T = 5$ $\mathrm{K} - 15$ $\mathrm{K}$）下，给出了[ $^{31}$ P]= 10 $^{15}$ $\mathrm{cm}^{-3}$和[ $^{31}$ P] = 10 $^{16}$ $\mathrm{cm}^{-3}$的（SiO $_{2}$）界面.使用脉冲电检测磁共振（pEDMR），观察到的\Phos供体状态和两个可区分的界面状态之间的自旋相关的过渡，即（i）\Pb中心，可以通过其特征各向异性和（ii）一个更各向同性的中心，这是由于E $^\prime$缺陷的\sio散装接近的接口。自旋相关复合的动力学的相关测量证实，先前提出的\Phos和界面缺陷之间的过渡发生。这些电子近界面跃迁对\Phos施主自旋相干时间$T_2$以及施主自旋-晶格弛豫时间$T_1$的影响，然后通过比较从常规的体敏脉冲电子顺磁共振和表面敏感的pEDMR，以及表面敏感的电检测反转恢复实验获得的自旋哈恩回波衰减测量。测量结果表明，$T_2$和$T_1$的\Phos施主电子自旋附近的能量较低的界面态在$T\leq 13$ K减少了几个数量级。
2009-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous Donor Defects and Voltage-Assisted Hole Doping in Beta-Gallium Oxides under Multiple Epitaxy Conditions
本研究通过第一性原理计算揭示β-Ga2O3在不同外延条件下的自发施主缺陷，并提出电压辅助掺杂方法显著降低费米能级、增加受主，实现无需外部掺杂剂的空穴掺杂，Mg掺杂可进一步优化。
2025-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Demonstration of defect-defect ferromagnetic coupling in Gd doped GaN epitaxial films: A polarization selective magneto-photoluminescence study
用分子束外延技术在c-SiC衬底上生长了掺Gd的GAN外延层，在1.5~K温度下进行了磁场相关的偏振选择性光致发光（PL）研究。已经发现，在GAN中掺入Gd导致产生三种类型的施主类缺陷，其导致在低温PL中的中性施主束缚激子特征。研究表明，所有三个激子功能的自旋翻转散射的速率变得几乎$B$独立的，这表明这些信号必须是源于相互铁磁耦合的缺陷。这是进一步证实了与Si和Gd共掺杂的GAN样品上进行的研究，其中发现的缺陷是铁磁耦合，而Si-施主没有显示出任何参与耦合。
2018-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Defect ordering and defect-domain wall interactions in PbTiO$_3$: A first-principles study
铁电材料，如锆钛酸铅（PZT）的性能，严重影响的缺陷与畴壁的相互作用。这些缺陷或者是本征的，或者是通过添加掺杂剂引起的。我们在这里研究PbTiO $_3$（一个关键的家庭固溶体的终端成员）在受主（Fe）和施主（Nb）掺杂剂的存在下，和不同的缺陷和缺陷与域壁的相互作用。对于铁受体的情况下，计算点的形成涉及铁的替代缺陷和带电的氧空位（Fe $^{'}_{Ti}$ -V $^{^{\textbf{..}}}_O$）的缺陷联营公司。这种关联表现出强烈的倾向，在体极化的方向上对齐，事实上，在纯PbTiO $_3$中也观察到的铅氧双空位的形式的缺陷的顺序。相反，计算施主掺杂的PbTiO $_3$不表明涉及施主取代的极性缺陷复合物的形成。最后，观察到施主掺杂材料中的孤立缺陷和受主掺杂材料中的缺陷缔合物在180 $^o$畴壁处更稳定。然而，极性缺陷复合物导致在畴壁由于与体极化的缺陷极化的相互作用的非对称电位。不同的缺陷的相对钉扎特性进行比较，开发的理解，在掺杂和纯PbTiO $_3$的缺陷畴壁相互作用。这些结果也有助于理解PZT的硬化和软化机制。
2013-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Electric field driven donor-based charge qubits in semiconductors
我们从理论上研究了由外加电场驱动的基于施主的电荷量子比特操作。通过考虑GaAs中束缚在浅施主对上的单电子，给出了该问题的基本物理过程：该系统与同极分子离子H_2^+密切相关。在Si的情况下，还考虑了诸如PSb^+对的异极构型。对于同极和异极对，Si的多径传导能带结构导致隧道耦合强度作为施主间相对位置的函数的短周期振荡。然而，对于任何固定的施主配置，Si中束缚电子对均匀电场的响应在定性上与GaAs的情况非常相似，没有谷量子干涉相关的效应，从而得出电场驱动的基于施主的电荷量子比特的相干操纵在半导体中是可行的结论。
2005-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Interacting donor-acceptor pairs as the origin of coupled spin-optical signals in hexagonal boron nitride
Beijing Computational Science Research Center（北京计算科学研究中心）；School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理学院）
研究揭示了六方氮化硼中耦合自旋-光学信号的微观起源，表明供体-受体对的相互作用而非孤立缺陷是关键因素，并提出了设计宽禁带半导体中自旋活性量子发射体的原则。
2026-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Effect of co-doping of donor and acceptor impurities in the ferromagnetic semiconductor Zn1-xCrxTe studied by soft x-ray magnetic circular dichroism
我们对稀释铁磁半导体Zn $_{1-\textit{x}}$ Cr $_\textit{x}$ Te分别掺杂碘（I）或氮（N）（对应于电子或空穴掺杂）进行了X射线吸收光谱（XAS）和X射线磁性圆二色性（XMCD）研究。从XAS光谱中Cr $2p$吸收峰的形状可以得出结论，未掺杂、I掺杂和轻度N掺杂样品中的Cr离子是二价的（Cr $^{2+}$），而Cr $^{2+}$和三价的（Cr $^{3+}$）在重度N掺杂样品中共存。这一结果表明，掺杂的氮原子作为受体，但掺杂的空穴位于铬离子。在Cr $2p$吸收边处的XMCD信号的磁场依赖性中，在未掺杂、I掺杂和轻N掺杂的样品中观察到铁磁性行为，而在重N掺杂的样品中铁磁性被显著抑制，这与磁化强度测量的结果一致。
2011-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Local and regular plasma oscillations in bulk donor type semiconductors
当中性或带电杂质原子的外层电子相对于内层带电核发生位移时，回复力作用于外层电子的电子云。因此，偶极振荡的出现，显着影响的色散规律的等离子体振荡体施主半导体。假设外层电子从基态到第一激发态只有一次跃迁是必要的，计算了色散规律。结果表明，计算得到的色散规律由两个分支组成，一个分支源于导带自由电子的规则等离子体振荡，另一个分支源于束缚在杂质原子上的外层电子的局域振荡.
2007-02-08 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Coexistence of Donor and Acceptor Hydrogen States in n-Type InN
Basic Research Laboratories, NTT, Inc.（日本电信电话株式会社基础实验室）
利用硬X射线光电子能谱研究InN薄膜，发现氢在n型InN中同时存在施主和受主态，揭示了氢的两性行为及其对载流子补偿的微观机制。
2026-11-06 cond-mat.mtrl-sci
A new mechanism of exchange interaction in ferromagnetic semiconductors
我们提出了一种新的间接交换作用机制，它可以解释Mn-杂质半导体（如GaMnAs）在低载流子浓度下的铁磁有序.该机制是基于带态（传导或价）与局域杂质（施主或受主）态的杂化的相互作用以及局域自旋与带态之间的直接交换相互作用。当两个杂质的局域施主（受主）态的波函数重叠时，两个杂质之间发生间接交换耦合。这种耦合是独立的自由载流子浓度，因此可能是负责在低或零载流子浓度的铁磁转变。
2002-03-06 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of native point defects in Bi2Se3
在密度泛函理论的框架下，采用第一性原理方法研究了Bi $_2$ Se $_3$的本征点缺陷对结构和电子性质的影响. Bi $_2$中Se空位Se $_3$是双施主，Bi空位是三受主.反位硒（Se $_{Bi}$）由于其施主能级（$\varepsilon$（+1/0））进入导带，在体系中始终是一个活跃的施主。有趣的是，Bi $_2$ Se $_3$中的Bi反位（Bi $_{Se1}$）是一种两性掺杂剂，当$μ$ $_e$ $<$ 0.119 eV（该材料是典型的p型）时作为施主，当$μ$ $_e$ $>$ 0.251 eV（该材料是典型的n型）时作为受主。不同生长环境（如富Bi或富Se）下的形成能表明，在富Se条件下，Se $_{Bi}$是最稳定的本征缺陷，与电子化学势$μ$ $_e$无关。在富Bi条件下，Se空位是最稳定的本征缺陷，除了在$μ$ $_e$ $>$ 0.262eV（材料为典型的n型）和$Δ$ $μ$ $_{Se}$ $<$-0.459eV（富Bi）的生长窗口下，在这样的生长窗口下，一个带负电荷的Bi $_{Se1}$是最稳定的。
2012-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculation of the binding energy of impurities in semiconductors: Application to Si nanowires
本文以纳米线中的施主为例，在密度泛函理论和GW近似下讨论了半导体中杂质的结合能E_b。结果表明，DFT方法成功地从离子化杂质的Kohn-Sham（KS）哈密顿量计算了E_b，但由于忽略了束缚电子与施主表面极化电荷的相互作用，从中性杂质的KS哈密顿量计算E_b时失败了.我们追溯这一不足，在目前的功能缺乏屏蔽交换。
2010-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Donor-Bound Excitons in Ultraclean Monolayer Semiconductors
过渡金属双硫族化合物单层膜是一种新兴的半导体平台，具有丰富的激子物理特性，具有耦合的自旋谷自由度和光寻址能力。在这里，我们报告了一系列新的低能量激子发射线的超净单层WSe 2的光致发光光谱。这些激子卫星由三个主峰组成，其能量分离与已知声子相匹配，并且仅在电子掺杂时出现。它们具有均匀的空间和光谱分布，强的功率饱和，以及非常长的布居（> 6 $μ$ s）和偏振寿命（> 100 ns）。自由谷间和谷内亮trions的共振激发导致卫星的相反的光学取向，而自由暗trions共振的激发抑制卫星的光致发光。缺陷控制的晶体合成和扫描隧道显微镜测量提供了佐证，这些功能是暗激子绑定到稀释的捐助者，以及相关的声子副本。我们的工作为设计同质单发射体和在超净2D半导体中使用固有施主束缚激子探索集体量子光学现象提供了机会。
2021-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Native defects and their complexes in spinel LiGa5O8: the puzzle of p-type doping
通过第一性原理计算LiGa5O8的原生缺陷及复合物，发现基于Li空位的受主缺陷仍不够浅，主导施主缺陷使费米能级被钉扎在带隙深处，无法解释其p型掺杂现象。
2024-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Donor and Acceptor Characteristics of Native Point Defects in GaN
氮化镓的半导体行为和光电响应由点缺陷过程控制，尽管经过多年的研究，但仍然知之甚少。描述主要带电缺陷的关键困难是确定相应缺陷能级的一致位置，这很难使用标准超级晶胞计算得出。在一个互补的方法，我们利用嵌入式集群的方法，提供了一个共同的零的静电势在所有的电荷状态的所有点缺陷的直接访问。带电缺陷极化的主机电介质材料与长程力，强烈影响的结果缺陷模拟;占的极化，我们耦合嵌入与混合量子力学/分子力学（QM/MM）的方法和调查的结构，形成和电离能，和平衡浓度的原生点缺陷在纤锌矿GaN在化学精确的混合密度泛函理论水平。N空位是GaN中最有利的原生缺陷，其有助于生长GaN的n型特征，但不是主要来源，这一结果与实验一致。我们的计算表明，没有本征点缺陷可以形成晶体稳定的受主态。GaN可以很容易地掺杂为n型，但是，在中等温度下的平衡条件下，受主掺杂剂将被N空位补偿，并且不会观察到显著的空穴浓度，这表明非平衡过程必须在p型GaN中占主导地位。我们确定在红外，可见光和紫外发光范围和互补光谱的原生缺陷的光谱签名。至关重要的是，我们计算了与电子和空穴束缚在扩散轨道相关的有效质量类态能级。
2019-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Gating of two-dimensional electron systems in InGaAs/InAlAs heterostructures: the role of the intrinsic InAlAs deep donor defects
我们提出了一个门控InGaAs/InAlAs异质结构，器件平台，实现半导体中的自旋轨道功能的分析。从我们的磁输运实验推导出的唯象模型，使我们能够关联的门响应所研究的二维电子系统异质结构的设计参数，特别是铟浓度。我们解释了亚稳态静电配置的发生，表现出减少电容耦合，并提供栅极操作策略，以达到经典的场效应控制在这样的异质结构。我们的研究突出了本征InAlAs深施主缺陷的作用，因为它们通过电荷捕获和无意隧穿来控制栅极电压变化的静电响应的动态。
2021-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
New 3,3'-(ethane-1, 2-diylidene)bis(indolin-2-one) (EBI)-based small molecule semiconductors for organic solar cells
以3，3 '-（1，2-二亚乙基）二吲哚啉酮（EBI）为电子受体结构单元，配以噻吩、联噻吩和苯并呋喃为电子给体封端基团，合成并表征了一系列D-A-D结构的小分子化合物.当稠环苯并呋喃结合到EBI（EBI-BF）时，分子显示出完美的平面构象，并在这些EBI化合物中提供最好的电荷传输性能，空穴迁移率高达0.021 cm 2 V-1 s-1。所有基于EBI的小分子与PC61 BM受体一起用作供体材料，用于制造溶液处理的本体异质结（BHJ）太阳能电池。性能最好的光伏器件是基于使用联噻吩封端部分（EBI-2 T）的EBI衍生物，其最大功率转换效率（PCE）为1.92%，这是由于EBI-2 T的宽吸收光谱和BHJ的适当形态。为了建立分子结构和薄膜形态之间的相关性，对每种材料的纯膜和共混膜进行差示扫描量热法、原子力显微镜和X射线衍射分析。
2017-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Optical Properties of Oligothiophene-F4TCNQ Charge-Transfer Complexes: The Role of Donor Conjugation Length
从第一性原理多体理论出发，研究了掺杂有机半导体中给体共轭长度对形成部分电荷转移的电荷转移复合物（CTC）的影响。我们考虑了具有4到10个偶数个环的低聚噻吩（nT），其被强受体2，3，5，6-四氟-7，7，8，8-四氰基醌二甲烷（F4 TCNQ）掺杂。随着nT尺寸的增加，电子能隙的减小是由电离能的减小驱动的，而电子亲和力几乎保持恒定。光学带隙表现出不同的趋势，无论施主长度如何，都处于大致相同的能量。第一激发在所有系统中保持相同的振子强度和Frenkel样特征。虽然在4 T-F4 TCNQ中，更高能量的激发也保留了这种性质，但在具有较长nT低聚物的CTC中，位于供体上的电荷转移激发和Frenkel激子出现在吸收开始之上。我们的研究结果提供了重要的洞察CTC的结构-性能关系，从而有助于更深入地了解掺杂的有机半导体。
2022-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Sources of n-type conductivity in GaInO3
利用混合密度泛函理论，我们研究了GaInO 3中可能的类施主缺陷的形成能和跃迁能，旨在探索实验观察到的这种材料的n型导电性的来源.我们预测O空位是深施主，间隙Ga和In是浅施主，但具有相当高的形成能（>2.5 eV）。因此，这些本征缺陷不能导致高水平的n型导电性。然而，普遍存在于样品中的H杂质可以作为浅施主。对于非本征掺杂，替代Sn和Ge被证明是作为有效的施主掺杂剂，可以产生高n型导电的GaInO 3;而替代N的行为作为补偿中心。我们的结果提供了一个一致的解释实验观察。
2014-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Donor-Acceptor Pairs in Wide-Bandgap Semiconductors for Quantum Technology Applications
本研究提出利用宽禁带半导体中施主-受主对的偶极-偶极耦合构建量子科学平台，通过DFT计算金刚石和SiC中DAPs的性质，发现SiC的Al-N对是实现长程光学可控相互作用的合适候选。
2024-01-30 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Temperature Effect on Charge-state Transition Levels of Defects in Semiconductors
缺陷在决定半导体的整体物理性质方面至关重要。通常，电荷态跃迁能级（TEL）是决定半导体中缺陷可掺杂性的关键物理量之一，其与温度有关。然而，我们对TEL的温度依赖性知之甚少，因此，几乎所有现有的半导体缺陷理论都建立在温度无关近似的基础上。本文通过推导热致发光温度依赖性的基本公式，建立了半导体热致发光温度依赖性的两个基本规律。基于这些规则，令人惊讶的是，发现不同缺陷的TEL的温度依赖性是相当不同的：它可以变得更浅，更深，或保持不变。这种缺陷特异性行为主要由自由能校正（由电荷状态转变期间缺陷周围的局部体积变化确定）和带边变化（其对于不同半导体不同）之间的协同或相反效应确定。这些基本公式和规则，通过大量的国家的最先进的温度依赖性的缺陷计算在GAN中证实，可能会被广泛采用的理解或优化在有限温度下的半导体掺杂行为的指导方针。
2022-01-01 cond-mat.mtrl-sci
Disorder-Induced Effects in III-V Semiconductors with Mn
Mn在III-V族稀磁半导体中的替代导致杂质上的强电子散射。除了在价带中通过与Mn d-态的杂化而诱导的特征之外，导带还受到在其边缘处不存在Mn s-态的影响。高浓度的补偿施主也改变了能带结构。这在掺杂有Mn和Se的GaP的吸收系数ε 2（ω）上示出。从头计算密度泛函计算评估的吸收开始与一个光滑的尾巴，并没有显示典型的III-V族材料的结构。我们分析了这些功能和捐助者的作用模型系统使用紧束缚相干势的方法。
2003-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structures of impurities and point defects in semiconductors
简要介绍了半导体中杂质理论的发展历史。本文提出了一个适用于类施主、类受主杂质和点缺陷的束缚激子模型，它对“浅”、“深”杂质和点缺陷提供了统一的认识。使用不同的密度泛函理论为基础的方法的计算结果的基础物理进行了讨论和解释的束缚激子模型的框架。
2018-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Characterisation of negative-U defects in semiconductors
这篇评论的目的是提供一个回顾，以及描述的国家的最先进的和未来的前景，关于半导体负U缺陷的理论和实验表征。这是通过补充说明的工作，导致了一些最详细的，但更复杂的半导体缺陷模型的帐户。给出了负U行为的基本物理机制，包括电子关联、电子-声子耦合、双折射、缺陷跃迁能级和跃迁速率。还介绍了用于分析实验数据和建模的技术，即缺陷统计、载流子捕获和发射动力学、缺陷变换、配置坐标图和其他工具。最后，我们还展示了几项工作，这些工作导致了对IV族和化合物半导体中一些最具影响力的负U缺陷的识别。
2020-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Theory of dopants and defects in Co-doped TiO2 anatase
我们报告的第一性原理微观计算的形成能，电活性，和磁矩的Co掺杂剂和各种原生缺陷的TiO 2纳米晶。利用这些结果，我们用平衡热力学预测的载流子浓度，每钴的平均磁矩，和占主导地位的氧化态的Co。预测值与实验的假设下，O-穷人的生长条件。在这种情况下，大部分的Co掺杂剂占据间隙位点作为供体。这些捐助者的不完全补偿取代钴受体，然后导致n型行为，实验观察到。
2003-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Accurately Determining Defect Ionization Energy in Low-Dimensional Semiconductors: Charge Corrected Jellium Model
低维半导体中缺陷电离能的确定一直是第一性原理缺陷计算中一个未解决的问题，这是因为基于Jeltron模型的常用方法在材料和真空区引入了非物理的均匀分布的电荷密度，导致了众所周知的带电缺陷形成能发散问题。本文通过考虑缺陷电离的物理过程，提出了一种基于能带边缘电荷密度代替非物理的能带边缘背景电荷密度的电荷修正方法，来处理带电缺陷。结果表明，该方法具有物理意义、定量准确、技术简单等优点，解决了缺陷电离能计算中的难题.我们提出的方法可以适用于任何尺寸的半导体。
2020-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Composition dependence of electronic defects in CuGaS2
University of Luxembourg（卢森堡大学）
研究了CuGaS2中电子缺陷的组成依赖性，通过PL光谱分析发现供体-受体跃迁和深能级跃迁，揭示了材料中电子结构与缺陷能级的关系。
2023-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the defect landscape and dopability of chalcogenide perovskite BaZrS3
本文通过第一性原理计算系统研究了 BaZrS3 的本征缺陷和掺杂剂，揭示其本征 n 型导电及难以实现 p 型掺杂的原因，并构建缺陷数据集以支持机器学习预测与筛选。
2025-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Defect correlations, metal-insulator transition, and magnetic order in ferromagnetic semiconductors
稀释的铁磁III-V族半导体通常表现出高度的补偿。补偿与任一符号的带电缺陷的可比密度的存在有关。这自然导致在生长和退火期间缺陷位置之间的强相关性的发展。我们表明，这些相关性需要了解实验观察到的运输和磁性，以及持久性的能隙掺杂磁性离子。
2002-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Point defects on III-V semiconductor surfaces
用密度泛函理论计算了GaAs、GaP和InP（110）面上点缺陷的基本性质（原子几何形状、电荷转移能级位置和形成能）。基于这些结果，我们讨论了表面缺陷的电子特性，缺陷偏析，和补偿。
2000-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Spinney: post-processing of first-principles calculations of point defects in semiconductors with Python
理解和预测半导体和绝缘体中点缺陷的热力学性质将极大地帮助设计新材料，并允许调整现有材料的性质。事实上，基于密度泛函理论和超原胞方法的第一性原理计算已经成为研究固体中点缺陷的标准工具。然而，在稀释极限，最感兴趣的新型半导体材料的设计，原始DFT计算需要大量的后处理。Spinney是一个开源Python软件包，旨在处理第一性原理计算，以获得几个感兴趣的量，如化学势限制，确保缺陷负载系统的热力学稳定性，缺陷电荷跃迁能级，缺陷形成能量，包括有限尺寸效应的静电校正，以及缺陷和载流子浓度。在本文中，我们展示了能力的Spinney代码使用c-BN，Mg掺杂的GAN，TiO 2和ZnO为例。
2020-07-08 cond-mat.mtrl-sci
First principles predictions of magneto-optical data for semiconductor defects: the case of divacancy defects in 4H-SiC
半导体中磁光活性单点缺陷的研究和设计由于其在量子比特和单光子发射器应用中的潜力而迅速发展。详细了解候选缺陷的性质对于这些应用是必不可少的，并且需要识别缺陷的微观构型和电子结构。多组分半导体通常具有两种或更多种非等效的点缺陷配置。这些配置通常表现出类似的电子结构和基本功能，然而，它们在细节上不同，这在考虑单个缺陷应用时非常重要。因此，识别点缺陷的非等效配置对于成功的单缺陷操作和应用是必不可少的。一个有前途的方法来识别缺陷是通过比较实验测量和第一原理计算的结果。我们调查的可能性，以产生准确的从头算数据的零声子线和超精细耦合参数，需要系统的量子位搜索。我们专注于可能使用的双空位缺陷的量子位在4 H-SiC的相关属性。我们提供了一个决定性的识别4 H-SiC中的双空位配置和澄清4 H-SiC双空位零声子光致发光线的先前预测的差异。
2017-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Light-induced nuclear quadrupolar relaxation in semiconductors
已知半导体的光激发通过与光电子的超精细接触相互作用来动态地激发核自旋，也产生固有的核去极化机制。这种新的弛豫过程产生于附近局域态的光电子俘获和复合对核四极哈密顿量的调制。对于浅施主附近的原子核，通常的扩散半径被一个更小的四极半径所取代。如果光激发条件对应于光电子的部分施主占据，则核磁化和核场可以降低一个数量级以上。
2008-04-15 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
The role of screening in the density functional applied on transition metal defects in semiconductors
我们用区间分离的杂化密度泛函（HSE 06）方法研究了硅和碳化硅半导体中与过渡金属相关的点缺陷。我们发现，HSE06不满足广义Koopmans定理的每一个缺陷，这是由于自相互作用的错误，在这种情况下的功能。通过对泛函的简单修正，恢复所谓的广义Koopmans条件，可以消除这种误差，使计算的电荷跃迁能级与实验数据以及多体微扰理论计算的准粒子能级非常接近。
2013-01-18 cond-mat.mtrl-sci
ADAQ: Automatic workflows for magneto-optical properties of point defects in semiconductors
自动缺陷分析和鉴定（ADAQ）是一个自动工作流程的集合，用于半导体中点缺陷磁光特性的高通量模拟。这些工作流程通过自动化过程来处理大量缺陷，以松弛主体材料的单位晶胞、构建超晶胞、创建点缺陷簇以及在电子基态和激发态中执行计算。主要的输出是磁光特性，包括零声子线，零场分裂，和超精细耦合参数。此外，还计算了形成能。我们证明了ADAQ的能力，通过执行一个完整的表征碳化硅中的硅空位的多型4 H（4 H-SiC）。
2021-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Donor-driven spin relaxation in multi-valley semiconductors
我们提出了一个理论的自旋弛豫的电子由于散射的中心电池电位的杂质在硅中。考虑到导带的多通道性质和平移对称性的破坏，自旋翻转幅度由这种短程杂质散射主导，之后电子被转移到$k$空间中不同轴上的谷（所谓的$f$过程）。这些$f$ -过程在所有温度下主导自旋弛豫，其中在低温下散射离开杂质中心晶胞主导，并且在升高的温度下与$Σ$ -轴声子散射。据我们所知，该理论是第一个解释和精确量化的自旋弛豫杂质身份的依赖性。因此，新的形式填补了长期以来$n$型硅自旋弛豫理论的空白，它是有价值的硅基自旋电子器件的表征。
2014-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theoretical study of dislocation nucleation from simple surface defects in semiconductors
大规模的原子计算，使用模拟半导体的经验势，已被执行的应力系统与线性表面缺陷，如步骤。虽然具有表面缺陷的系统的弹性限度仍然接近理论强度，但结果表明，这些缺陷削弱了原子结构，初始化了塑性形变，特别是位错。位错形核的性质可以通过考虑与外加应力方向相关的切应力和Peierls应力来预测。在低温下，只观察到滑移集平面内的滑移事件。然后，它们逐渐消失，并在高于900 K的温度下被非晶化/熔化区所取代。
2007-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Defect-Assisted Recombination in Semiconductors and Photovoltaic Device Parameters from First Principles
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；S. N. Bose National Centre for Basic Sciences（S.N. 玻色基础科学国家中心）
本文提出一种基于首原理计算半导体中缺陷辅助肖克利-莱德-霍尔复合速率的方法，评估缺陷对七种新兴光伏半导体器件参数的影响，揭示传统近似方法的局限性。
2025-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Scanning Tunneling Microscopy of Defect States in the Semiconductor Bi$_2$Se$_3$
Bi $_2$ Se $_3$掺杂过量Bi的扫描隧道光谱图像揭示了具有类似三叶草叶子的引人注目的形状的电子缺陷状态。用一个简单的紧束缚模型，我们表明，在Bi $_2$ Se $_3$的缺陷态的几何形状可以直接相关的位置的起源杂质。只有Bi缺陷的Se网站五个原子层以下的表面实验观察到。我们发现，这种效果可以解释的缺陷和表面电子结构的相互作用。
2002-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Spin relaxation via exchange with donor impurity-bound electrons
在低温下，半导体中的电子被束缚在浅施主杂质离子上，在平衡中中和它们的电荷。由电场加速的其他外部注入的传导电子的非弹性散射可以激发这些局域态的流形内的跃迁。将束缚电子提升到高度自旋-轨道混合的激发态通过交换相互作用驱动传导电子的强自旋弛豫，这让人想起其中交换与价带空穴态发生的Bir-Aronov-Pikus过程。通过硅自旋输运器件和互补理论的低温实验，我们揭示了这种以前未知的自旋去极化机制的后果低于和高于碰撞电离阈值。
2015-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Predicting the Thermal Behavior of Semiconductor Defects with Equivariant Neural Networks
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Munich Data Science Institute（慕尼黑数据科学研究所）；Munich Center for Machine Learning (MCML)（慕尼黑机器学习中心）
本文提出利用等变神经网络高效预测半导体缺陷在有限温度下的热行为，通过主动学习方法结合MACE和DeepH-E3网络，实现与密度泛函理论相当的计算精度，但成本显著降低。
2025-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Excited states of defect lines in silicon: A first-principles study based on hydrogen cluster analogues
体硅中单个施主的激发态已经基于有效质量理论得到了广泛的研究。然而，一个合适的理论描述的激发态的施主集团仍然是稀缺的。在这里，我们研究了单谷球带近似内的缺陷线的激发，从而将问题映射到一个缩放的氢原子阵列。一系列详细的全组态相互作用和时间依赖的混合密度泛函理论计算已经进行了了解线性集群多达10个捐助者。我们的研究说明了它们的激发态的一般特征，解决了施主间离子态和施主内原子激发态之间的竞争。在短的施主间距离下，施主分子的激发态占主导地位，在中等距离下离子态起重要作用，并且在长距离下施主内激发如预期的那样占主导地位。这里提出的计算强调施主电子之间的相关性的重要性，因此是补充最近的其他方法，包括有效质量各向异性和多谷效应。还估计了一个施主对和一个三施主阵列的相关激发态之间的交换分裂;在施主间距为10和20 nm之间的范围内，分裂远大于基态中的分裂。这为利用激发态交换相互作用实现硅中可控量子门操作奠定了坚实的理论基础。
2017-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Nitrogen defects and ferromagnetism of Cr-doped AlN diluted magnetic semiconductor from first principles
报道了用各种方法制备的Cr掺杂AlN稀磁半导体的居里温度高达900 K，这对于自旋电子学应用是令人兴奋的。据认为，N缺陷在实现良好样品的高温铁磁性方面起着重要作用。基于这些实验进展，我们采用全势密度泛函理论和超原胞方法研究了N缺陷对含N空位（VN）的（Al，Cr）N铁磁性的影响。计算结果与实验观察和实际掺铬AlN样品及其合成的事实相一致。我们的第一性原理研究结果对于阐明铁磁性的形成机制和开发高性能的掺铬AlN稀磁半导体材料具有重要意义。
2008-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Assessing the SCAN functional for deep defects and small polarons in wide-bandgap semiconductors and insulators
该研究通过与实验及杂化泛函结果对比，评估 SCAN 泛函在多种宽禁带半导体和绝缘体深层缺陷、小极化子计算中的可靠性。
2024-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Modeling of dielectric hysteresis loops in ferroelectric semiconductors with charged defects
我们提出了具有带电缺陷和普遍的非本征电导的铁电半导体的介电滞回线的唯象描述。我们修正了Landau-Ginsburg方法，证明了上述非均匀系统的宏观状态可以用三个序参量的三个耦合方程来描述。无论是实验观察到的矫顽场值远低于热力学和各种磁滞回线变形（收缩和双循环）已获得在我们的模型的框架。所得结果定量地解释了PZT厚膜等铁电材料的铁电开关现象。
2004-08-30 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Calculations of Luminescence Spectrum Line Shapes for Defects in Semiconductors: The Example of GaN and ZnO
本文对电子振动耦合引起的缺陷发光带展宽进行了理论研究。对多维振动问题可以映射到一维有效位形坐标图上的假设进行了数值证明。我们的方法是基于密度泛函理论的混合功能，实现了GAN和ZnO中的重要缺陷，显示前所未有的协议与实验的发光线形。我们发现明确的趋势有关的有效参数，其特征发光带的施主和受主型缺陷，从而促进其识别。
2013-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Single Crystal Growth of Ga2(SexTe1-x)3 Semiconductors and Defect Studies via Positron Annihilation Spectroscopy
用改进的Bridgman法生长了Ga_2（SexTe_（1-x））_3半导体小单晶（x = 0.1，0.2，0.3）。高分辨率粉末X射线衍射证实了锌立方结构，在（111）布拉格线附近观察到额外的卫星峰。这表明，在[111]方向上存在先前在Ga 2 Te 3中观察到的有序空位平面。通过正电子湮没光谱缺陷研究表明，平均正电子寿命为400 ps的散装作为生长的标本。如此大的寿命表明，这些材料中的正电子湮没位点主要是由缺陷。此外，通过符合多普勒展宽测量分析的电子动量表明存在大量的开体积缺陷，可能是空位簇或空隙。
2011-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Effects of excess carriers on native defects in wide bandgap semiconductors: illumination as a method to enhance p-type doping
半导体中的不期望的无意掺杂和掺杂限制通常由具有低形成能的补偿缺陷引起。由于带电缺陷的形成能量线性地依赖于费米能级，因此掺杂限制在费米能级可以显著变化的宽带隙半导体中可能特别明显。在生长或处理过程中引入非平衡载流子浓度改变了能带载流子的化学势，从而提供了以在热平衡下不可能的方式修改带电缺陷群的可能性。在这里，我们证明，对于一个遍历系统与过剩的载流子，涉及缺陷电荷跃迁水平的载流子捕获和发射率严格确定的混合物的电子和空穴准费米能级确定的非零电荷状态的形成能量的缺陷类型。目录的范围内可能的响应过剩的载流子，我们调查的行为的一个单一的施主样缺陷的功能的非本征掺杂和能量的电荷跃迁水平。技术上最重要的发现是，对于带隙中电荷跃迁能级的大多数值，过量载流子将增加补偿缺陷的形成能。因此，可以克服由原生缺陷施加的对掺杂的限制。在宽带隙半导体中也存在这样的情况，其中具有与主要掺杂剂相同的电荷极性的缺陷的浓度保持不变或实际上增加。这些不同的行为的原因是合理化的捕获和排放率和准则进行实验测试，该模型给出。
2017-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Suppression of compensating native defect formation during semiconductor processing via excess carriers
在许多半导体中，补偿缺陷设置掺杂限制，降低载流子迁移率，并减少少数载流子寿命，从而限制了它们在器件中的应用。在许多情况下，本征缺陷是原因，但是当占据交替的晶格位置时，外来掺杂剂也可以充当其自身的补偿。在接近热平衡的处理过程中抑制补偿缺陷的浓度是困难的，因为随着费米能级向多数带边缘移动，形成缺陷降低。例如通过光生作用引入的过量载流子改变了半导体缺陷的形成焓，因此可以在晶体生长或退火期间被利用以抑制这种缺陷群。在这里，我们开发了一个严格的和一般的模型缺陷形成的存在下，稳定状态的过量载流子浓度相结合的标准准化学形式主义与详细的平衡描述，适用于任何缺陷状态的带隙。考虑准费米能级作为化学势，我们证明，增加少数载流子浓度增加典型的补偿中心的形成焓，从而抑制它们的形成。这种效果说明了在名义上未掺杂和extrinsic型掺杂的GaSb的原生GaSb反位受主的具体例子。该模型还预测电离散射中心的浓度减少，以及增加的流动性。虽然我们的治疗是广义的过量载流子注入或产生半导体中的任何手段，我们提供了一套准则，应用的概念，在光辅助物理气相沉积。
2016-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced polarization switching characteristics of HfO2 ultrathin films via acceptor-donor co-doping
针对HfO2基铁电材料极化翻转速度慢的问题，提出受主-施主共掺杂策略，在La3+-Ta5+共掺杂HfO2超薄膜中实现了显著增强的铁电性和目前最快的翻转速度，3nm厚薄膜仍保持稳定电学特性，为调控HfO2铁电性能提供新途径。
2024-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Engineering and probing atomic quantum defects in 2D semiconductors: A perspective
半导体二维过渡金属二硫属化物（transition metal dichalcogenides，TMD）被认为是将微电子学扩展到最终原子水平的关键材料。TMD中强大的量子特性也使新的设备概念成为可能，这些概念有望将量子技术推向低温环境之外。实现这些目标的关键任务能力是减轻偶然的晶格缺陷和确定性地产生所需的缺陷。从这个角度来看，作者回顾了他们最近的一些结果工程和探测原子点缺陷的二维TMD。此外，我们提供了一个在这个快速发展的领域的下一个前沿的个人展望。
2021-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Structural Stability and Defect-Tolerance of Ionic Spinel Semiconductor for High-Efficiency Solar Cells
缺陷容限与结构稳定性之间的不相容性是阻碍高效太阳能电池广泛应用的严重问题。通常，以Si/CdTe晶体为原型的共价/极性半导体由于其复杂的四面体结构单元而表现出很好的结构稳定性，但由于组成元素的相似电负性而表现出极差的缺陷容限。相反，离子半导体，如钙钛矿系列，总是表现出良性的电子性质的本征缺陷，由于阴离子和阳离子之间的电负性的巨大差距，但结构不稳定，因为稀疏组成的八面体构建块由大阳离子支撑。结合共价半导体的稳定骨架和离子化合物的良性缺陷，我们发现HgX_2S_4（X=In，Sc，Y）尖晶石半导体兼具这两种优点。四面体和八面体紧密结合保证了结构的稳定性，而Hg-6s和S-3 p轨道分别主导导带最低（CBM）和价带最高（VBM）的带边离子特征使HgX 2S 4具有缺陷容忍性. Hg-6s球轨道的空间扩展引起的CBM的显著向下弯曲不仅诱导了合适的光学带隙（在离子化合物中通常过大），而且促进了n型载流子的形成和输运。研究表明，Hg基硫属尖晶石是一种很有前途的高效太阳能电池材料，在尖晶石晶体骨架下引入离域轨道的阳离子是合成稳定、耐缺陷光伏材料的另一种途径。
2021-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Mössbauer parameters of Fe-related defects in group-IV semiconductors: first principles calculations
我们采用赝势和全电子密度泛函计算相结合，在穆斯堡尔谱实验中观察到的异构体位移和四极分裂的超晶胞中的缺陷的结构。该方法进行了全面审查，并适用于技术相关的情况下，与铁有关的缺陷在硅，和其他第四组主机在较小的程度。研究的缺陷包括间隙和替代铁，铁硼对，铁空位和铁双空位。我们发现，在一般情况下，计算和穆斯堡尔数据之间的协议是在10%的误差范围内。尽管如此，我们表明，该方法可用于进行准确的分配，包括在略有不同的环境中分离类似缺陷的峰值。
2016-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Imaging the high-frequency charging dynamics of a single impurity in a semiconductor on the atomic scale
Utrecht University（乌得勒支大学）；Leiden University（莱顿大学）；Ludwig-Maximilians-Universität（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）；University of Iowa（爱荷华大学）；Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）
研究揭示单个硫杂质在InAs中的电荷动力学是动态的，由局部电场控制，通过MHz频率STM噪声谱学确定电荷态寿命和开关率，发现杂质开关是量子器件中的普遍电荷噪声机制。
2026-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
