Vibrational properties of amorphous silicon from tight-binding O(N) calculation
在紧束缚方法的框架下，我们提出了一个O（N）算法来研究非晶硅的振动性质。的动力学矩阵元素已在谐波近似利用短程性质的密度矩阵计算的振动态密度，然后从标准的O（$N^4$）算法获得相同的比较数值评估。为了说明的目的，1000个原子的模型进行了研究，使用参与数计算的振动本征态的局域化特性。
2002-01-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Microstructure, vacancies and moments of nuclear magnetic resonance of hydrogenated amorphous silicon
最近的氢化非晶硅红外吸收光谱实验表明，当氢浓度高达14%时，样品中存在单空位和双空位。出于这一观察，我们研究了氢的微观结构中的两个模型网络的富氢非晶硅的分布（氢），缺陷的存在下，特别强调的性质，以及在低和高浓度的氢的核磁共振谱的特征。我们的研究揭示了空缺的存在，这是模型网络的内置功能。该研究还证实了网络中存在各种氢化物构型，包括从硅单晶和硅双晶到开链状结构，这些结构已在红外和核磁共振实验中观察到。根据网络中自旋（氢）分布的知识计算了核磁共振谱的宽线宽和窄线宽。
2010-08-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Energy landscape of relaxed amorphous silicon
我们分析了一个很好的放松1000原子模型的非晶硅的能量景观的结构，使用激活-弛豫技术（ART新）。从一个最小值开始产生超过40，000个事件，我们发现激活机制本质上是局部的，它们在整个模型中均匀分布，并且激活能受到断裂一个键的成本的限制，而与机制的复杂性无关。活化能垒分布的整体形状也对配置的确切细节不敏感，这表明良好松弛的配置基本上看到相同的环境。这些结果强调了这种材料中弛豫的局部性质。
2003-01-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Anderson transition and thermal effects on electron states in amorphous silicon
我讨论的基础上大规模计算与现实的几千个原子模型的电子态的非晶硅的性质。一个相对简单的本地化扩展（安德森）过渡模型进行审查。然后，考虑了热无序对局域电子态的影响。研究发现，在容易接近的条件下，局域态（带隙或带尾）及其共轭能可能会发生剧烈的波动。简要讨论了非绝热原子动力学对掺杂或光激发系统的可能重要性。
1999-09-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Temperature dependent vibrational spectra in non-crystalline materials: application to hydrogenated amorphous silicon
基于从头算分子动力学、改进的信号处理技术和计算机可视化技术，提出了一种新的无参数非晶态材料结构、动力学和电子性质的模拟方法。该方法已被广泛测试，通过调查氢和硅动力学在氢化非晶硅（a-Si：H）。通过比较理论和实验的振动光谱，我们演示了如何将振动特性与结构稳定性，成键和氢扩散。我们提取的微观特征，不能通过其他技术，即氢迁移和相关的键切换，悬挂键钝化，低氢活化能，和a-Si：H稳定性一般，我们表明，通过分析的测试案例，我们的方法提供了一个严格和现实的描述非晶材料。我们还表明，这种方法提供了访问非晶硅的其他重要的宏观特性的可能性，并可用于模拟所有方面的a-Si：H动力学，包括有害的Staebler-Wronski效应。
2007-11-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Activated mechanisms in amorphous silicon: an activation-relaxation-technique study
在低温下，非晶硅中的动力学通过一系列离散的激活事件发生，这些激活事件局部重组拓扑网络。使用的激活-松弛技术，一个数据库，包含超过8000个这样的事件被生成，和事件进行了分析，相对于他们的能量障碍和不对称性，位移和体积膨胀/收缩。特别注意那些事件对应的扩散协调缺陷。的能量是没有明确的相关位移，也没有与缺陷密度以及放松配置。然而，我们发现与局部体积膨胀的一些相关性：它倾向于增加约4 eV/μ $^3$。这些事件的拓扑性质也进行了研究，他们表现出意想不到的丰富多样性。
1999-05-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Tight-binding study of structure and vibrations of amorphous silicon
我们提出了一个紧束缚计算，第一次，准确地描述了非晶硅的结构，振动和弹性特性。我们计算原子间的力常数，并找到一个非物理的功能的Stillinger-Weber经验势，与一个非常注意的错误，与该潜在的径向分布函数。我们还发现，径向分布函数的固有的第一峰是不对称的，与通常的假设在衍射数据的分析。我们使用我们的结果的正常模式的频率和偏振矢量，以获得径向分布函数上的零点展宽效应，使我们能够直接比较理论和高分辨率的X射线衍射实验。
2004-05-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Atomic vibrations in disordered systems: Comparison of disordered diamond lattices and a realistic amorphous silicon model
力常数和位置无序已被引入到金刚石晶格模型中，试图模仿一个现实的非晶硅模型的振动特性。这两种类型的障碍本身都不足以模仿现实模型。通过比较这些模型的谱密度，它表明，这两种疾病的组合是一个更好的表示，但仍然不完全令人满意。拓扑无序在这些模型中进行了研究，通过重新编号的原子和检查的动力学矩阵图形。实际模型的动力学矩阵与位置无序晶格模型的动力学矩阵相似，这意味着两个系统中的短程有序是相似的。
2004-09-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Effect of photons on atoms in crystallization of amorphous silicon films
采用光子参与的快速热退火方法对非晶硅薄膜进行退火处理，制备出了（220）择优取向的多晶硅薄膜。与此相反，常规的非晶硅薄膜的热退火导致（111）取向结晶的优先选择。这种差异揭示了光子对硅原子的影响被忽视，这导致晶格平面的优先取向在其投影平面上具有最小的原子密度，而不是最低的能量。
2017-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Internal mechanical dissipation mechanisms in amorphous silicon
利用激活-弛豫技术，我们在非晶硅（a-Si）模型中寻找二能级系统（TLS）。TLS是与内部机械耗散相关的机制，并且是最大引力波探测器的最敏感频率范围内的主要噪声源，也是许多量子计算机中退相干的主要来源之一。我们发现，在a-Si中，感兴趣的TLS的大部分分为两个主要类别：键缺陷跳跃的邻居交换拓扑缺陷和Wooten-Winer-Weaire键交换。这些类别的分布在很大程度上取决于a-Si的制备时间表。我们使用我们的结果来计算非晶硅的机械损耗，导致在室温下的0.001的损耗角，在某些配置中在150 K时降低到0.0001。我们的建模结果表明，多类事件可能会导致实验相关的TLS在无序材料，因此，可能需要多种衰减策略，以减少其影响。
2022-09-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Two-Level Systems in Evaporated Amorphous Silicon
在$e$ -束蒸发非晶硅（$a$ -Si）中，分别由比热$C$和内耗$Q^{-1}$测量确定的二能级系统（TLS）$n_{0}$和$\overline{P}$的密度已被证明变化超过三个数量级。在这里，我们表明，$n_{0}$和$\overline{P}$是成比例的比例常数，这是一致的测量时间依赖性提出的黑色和Halperin，并不需要引入额外的异常TLS。然而，$n_{0}$和$\overline{P}$强烈地依赖于膜的原子密度（$n_{\rm Si}$），该原子密度依赖于膜厚度和生长温度两者，这表明$a$ -Si结构是异质的，具有在致密的非晶网络中形成的纳米空隙或其它较低密度区域。文献数据的综述表明，这种原子密度依赖性不是$a$ -Si所独有的。这些发现表明TLS不是无定形网络所固有的，而是需要异质结构才能形成。
2015-06-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Crystallization of amorphous silicon induced by mechanical shear deformations
利用经典的分子动力学（MD）模拟和经验的环境相关原子间势（EDIP）[Phys.Rev.B56，8542（1997）]，研究了非晶硅（a-Si），特别是晶化对外部机械剪切变形的响应。与以前的结果一致，我们发现，在低剪切速度和低温下，剪切变形增加无序和缺陷密度。然而，在高温下，变形被发现诱导结晶，表现出与剪切速率和温度相关的动态转变。剪切变形下的a-Si的性质和系统结晶的程度进行了分析的剪切和非剪切材料之间的势能差（PED），以及缺陷的分数和具有结晶环境的颗粒的数量。
2011-04-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Signatures of paracrystallinity in amorphous silicon
本研究通过机器学习驱动的量子力学精度模拟，系统采样淬火非晶硅构型空间，证明次晶态模型与现有实验观测一致，为非晶硅结构理论提供了统一解释。
2024-07-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Examining normal modes as fundamental heat carriers in amorphous solids: the case of amorphous silicon
几十年来，原子振动的简正模分解一直被用来提供对非晶态固体中热输运的微观理解。在简正模方法中，很自然地假设原子围绕其平衡位置振动，并且各个简正模是传输热量的基本振动激发。随着简正模方法和实验测量的预测的丰富，我们仔细地分析了这些计算在非晶硅，一个模型非晶态固体。我们发现了一些差异，表明在非晶态固体中，将单个简正模作为基本热载体处理可能是不准确的。此外，我们对非晶硅的经典和从头算分子动力学模拟证明了很大程度的原子扩散，特别是在高温下，从而得出结论，从液体动力学的角度而不是从结晶固体的角度出发，可以更好地描述非晶态固体中的热输运
2021-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Effect of low-temperature annealing on the void-induced microstructure in amorphous silicon: A computational study
我们提出了一个计算研究的空隙诱导的微结构在非晶硅（$\it a$ -Si）通过产生超大型模型的$\it a$ -Si的空隙体积分数为0.3 $\%$，在小角X射线散射（SAXS）实验中观察到。本文用约化对关联函数和非晶硅原子形状因子的傅里叶变换计算散射强度，研究了小角X射线散射中空洞形貌与散射强度之间的关系。低温（$\le$ 600 K）退火对散射强度和空隙的微观结构的影响已得到解决，特别强调的形状和大小的空隙，通过研究原子重排的空隙表面和计算的平均回转半径的空隙从表面原子的空间分布和强度图在Guinier近似。该研究表明，低温退火可以导致相当大的孔隙表面的重组，这是清楚可见的三维形状的空隙，但它可能不一定反映在一维散射强度图。
2018-08-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Optical Absorption and Electron Paramagnetic Resonance of the E'-alpha Center in Amorphous Silicon Dioxide
本文报道了用光学吸收谱（OA）和电子顺磁共振谱（EPR）联合研究非晶二氧化硅（a-SiO_2）中的E '-α点缺陷。这种缺陷已在β射线照射和热处理的缺氧a-SiO2材料中进行了研究。我们的结果指出，E '-α中心是负责OA高斯带峰值为5.8 eV，并具有0.6 eV的半高宽（FWHM）。相关电子跃迁的振子强度估计为0.14。此外，我们已经发现，这OA带是非常相似的E '-γ中心在相同的材料中诱导，这表明相关的电子跃迁涉及高度本地化的结构上共同的两个缺陷的状态。
2008-05-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Propagating elastic vibrations dominate thermal conduction in amorphous silicon
非晶态固体中的热原子振动可以通过它们是作为弹性波传播还是由于缺乏原子周期性而不传播来区分。在a-Si中，先前的工作得出结论，非传播波是热传输的主要贡献者，而传播波被限制在小于几个THz的频率，并且被非谐性散射。在这里，我们提出了一个晶格和分子动力学分析的振动a-Si，支持一个定性不同的图片中，传播的弹性波占主导地位的热传导和散射的弹性波动，而不是非谐性。我们明确地证明了频率接近10太赫兹的振动的传播性质，使用触发波计算实验。我们的工作表明，大多数热量是通过在a-Si中传播弹性波进行的，并展示了一条通过操纵弹性波动来实现非晶材料极端热性能的途径。
2017-04-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
A microscopic description of light induced defects in amorphous silicon solar cells
使用量子和经典的计算方法相结合，我们在非晶硅的电子结构模型，以获得负责太阳能电池的光致退化的微观原子配置的理解。我们证明，应变硅键的区域可能是重要的悬空键为载流子的陷阱。此外，我们的研究结果表明，缺陷优先形成时，在非晶硅中的区域包含一个洞和光诱导激发。这些结果与实验观察到的温度、时间和压力的令人困惑的依赖关系一致。
2008-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Character of the reaction between molecular hydrogen and silicon dangling bond in amorphous SiO_2
在不同温度下原位研究了激光照射非晶SiO_2（二氧化硅）中产生的硅悬挂键缺陷（E'中心）的扩散H2钝化。结果表明，E'心与H_2反应的活化能为0.38eV，反应动力学不受扩散限制。并与前人对二氧化硅中另一个基本的顺磁点缺陷--非桥氧空穴中心的研究结果进行了比较。此外，提出了与文献数据的表面E'中心，嵌入在二氧化硅薄膜中的E'中心的反应性质，并与理论计算进行比较。特别地，与表面E'心与H_2的反应性质的密切一致导致得出这样的结论：体E'和表面E'的种类与它们与分子氢的反应性质是不可区分的。
2007-03-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Ab initio estimate of temperature dependence of electrical conductivity in a model amorphous material: hydrogenated amorphous silicon
我们提出了一个从头计算的直流电导率的非晶硅和氢化非晶硅。Kubo-Greenwood公式被用来获得直流电导率，通过热平均超过扩展的动态模拟。它的应用无序固体进行了讨论。电导率计算了一个很宽的温度范围内，掺杂是探索在一个天真的方式，通过移动费米能级。我们观察到了Meyer-Neldel电导率规则，其中E_MNR = 0.06 eV，a-Si：H的电阻温度系数为电阻温度系数TCR ~ -2.0% K^-1。在一般情况下，实验趋势再现这些计算，这表明在其他无序系统的载流子输运建模的方法可能的效用。
2007-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Hidden structure in amorphous solids
非晶硅的理论研究近况[Y. Pan等人，Phys.Rev.Lett. 100 206403（2008）]揭示了网络拓扑中微妙但重要的结构相关性：短（长）键与其他短（长）键空间相关的趋势）。这些结构与光学带隙中的电子带尾有关。在本文中，我们进一步研究这些问题的非晶硅，并证明，类似的相关性存在于无定形二氧化硅，并在有机分子，b-胡萝卜素。最后，我们讨论的起源的影响和其可能的普遍性。
2009-08-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Extended-range order in tetrahedral amorphous semiconductors: The case of amorphous silicon
本文用Monte Carlo和分子动力学模拟得到的超大原子模型研究了非晶硅（$a$ -Si）中原子对关联函数中存在的扩展有序。扩展范围的秩序表现为径向振荡的形式，在20-40埃的长度尺度上，这是通过直接分析原子的径向分布在遥远的配位壳层和比较相同的从信息论的角度来看，从一类部分有序的网络的Si原子和无序配置的晶体硅。该研究表明，扩展范围的径向振荡主要源于径向有序的传播，从最初的几个原子壳层的距离高达40埃。这些振荡的影响上的第一个尖锐的衍射峰（FSDP）的结构因子得到一个半解析表达式的静态结构因子的$a$ -Si，并计算与截断的径向信息从遥远的壳的FSDP的强度的误差估计。结果表明，扩展范围的振荡没有任何明显的影响的位置和强度的FSDP，这主要是由中程原子的相关性的长度为20埃的非晶硅。
2022-02-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Atomistic simulation of nearly defect-free models of amorphous silicon: An information-based approach
我们提出了一种基于信息的总能量优化方法来产生几乎无缺陷的非晶硅结构模型。利用无序四面体网络的几何、结构和拓扑信息，我们已经证明，生成非晶硅的结构构型是可能的，这优于从传统的反向Monte Carlo和分子动力学模拟获得的模型。这里提出的新的数据驱动的混合方法是能够产生原子模型的结构和电子特性，这是与那些从修改后的Wooten-Winer-Weaire（WWW）模型的非晶硅。结构，电子和热力学性质的混合模型进行比较，从使用机器智能为基础的潜力和有效的经典分子动力学模拟，在最近的文献中报道的最佳动力学模型。我们已经表明，与WWW模型，我们的混合模型代表了迄今为止最好的结构模型之一，结合实验衍射数据和一些结构约束的总能量为基础的蒙特卡罗方法。
2019-01-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Numerical Study of the Localization-Delocalization Transition for Vibrations in Amorphous Silicon
在简谐近似下对非晶硅的数值研究表明，最高的3.5%的振动简正模是局域的。当振动频率通过分离局域模和离域模的边界增加时，在ω_c= 70 meV附近（“迁移率边缘”），存在局域化-离域（LD）转变，类似于二级热力学相变。通过对4096个原子系统的数值研究，我们可以看到精确振动本征态的指数衰减长度，并检验它们是否在ω c处发散。结果与局部化长度xi一致，其在ω_c以上发散为（ω-ω_c）^{-p}，其中指数为p = 1.3 +/-0.5。流动性边缘以下，我们没有发现证据的发散相关长度。这样的不对称性与缩放思想相矛盾，我们假设它是一个有限大小的伪影。如果标度区域比我们的1 meV分辨率窄，那么它不能直接在我们的有限系统上看到。
2001-01-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulation of light-induced changes in hydrogenated amorphous silicon
我们采用从头算分子动力学方法模拟氢化非晶硅对光照的响应（Staebler-Wronski效应）。我们获得了更好的微观理解的PV操作，计算H原子的运动，和模式的光致降解的photopolics。澄清了现有的aSi：H光致变化模型，说明了Branz 3的氢碰撞模型基本正确。
2005-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Atomic and electronic structures of a vacancy in amorphous silicon
局部地，在良好退火的非晶硅中的原子结构看起来类似于晶体硅。我们在这里解决的问题是否点缺陷，特别是空位，在非晶硅也类似于晶体。从密度泛函理论计算大量的几乎无缺陷的配置，放松后，原子已被删除，我们得出的结论是，几乎没有相似之处。该分析是基于形成能，弛豫能，键长，键角，Voronoporous体积，配位，原子电荷和电子间隙状态。所有这些量在非晶硅中跨越一个大的和连续的范围，而原子的去除导致形成一到两个键缺陷和局部原子密度的降低，键合网络的弛豫是非常有效的，并且空位的签名通常不同于晶体中的空位。
2019-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Relaxation and derelaxation of pure and hydrogenated amorphous silicon during thermal annealing experiments
用拉曼光谱和差示扫描量热法分析了纯非晶硅（a-Si）和氢化非晶硅（a-Si：H）材料在热退火实验中的结构弛豫。与a-Si不同，从a-Si：H中放出的热不能用Si-Si网络应变的弛豫来解释，但它揭示了键角应变的弛豫。由于退火后的弛豫状态是非常相似的纯和氢化材料，我们的研究结果提供了强有力的实验支持预测的a-Si和晶体硅之间的构型间隙。
2010-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Determination of fracture toughness of thin-film amorphous silicon using spiral crack structures
我们用液相聚硅烷沉积法在玻璃衬底上制备了非晶硅薄膜。拉曼散射提供了证据，在硅中的残余拉伸应力，这是定量评估。在氢氟酸处理下，这种应力导致硅中的螺旋裂纹。我们解释了裂纹形成的过程，并研究这一现象的分析和数值，后者与有限元法（FEM）。根据Griffith准则，有限元法给出了螺旋裂纹的几何修正系数。这使得首次可以确定非晶硅的断裂韧性，与晶体硅相比，其断裂韧性大大增强。
2019-08-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Theoretical study of hydrogen microstructure in models of hydrogenated amorphous silicon
我们研究了通过实验约束分子弛豫方法（ECMR）产生的两种不同浓度的a-Si：H的现实模型中氢和各种氢化物构型的分布[1]。讨论了低浓度（< 10%）和高浓度（> 20%）H原子对应的微观结构，并与实验结果进行了比较，特别强调了H原子团簇的大小和H原子的局域环境，计算了模型构型的核磁共振（NMR）谱的线宽，以便与实验NMR数据进行比较。我们的研究表明，存在孤立的氢原子，小的和相对较大的集群，平均质子-质子近邻距离在1.6至2.4埃的集群，已观察到在多量子NMR实验。
2009-10-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of the structure and properties of amorphous silicon hydride from accelerated molecular dynamics simulations
本文结合加速分子动力学与第一性原理计算，系统研究了不同氢浓度下非晶硅氢化物的结构与电子性质，构建了2600多个无配位缺陷且带隙纯净的结构模型，并与多种实验数据进行了对比验证。
2023-09-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Memory effect under pressure in low density amorphous silicon
我们对多孔硅的研究表明，随着压力的增加，它经历了结晶相变，而不是压力诱导的非晶化-之前声称的，非晶相只出现在压力释放。这种非晶相，当受到较高的压力，可逆地转变为一个更高的协调原始六方相，显示出一种记忆效应，这可能是唯一的例子，它的种类在元素固体。第一性原理计算和热力学论证有助于理解这些观测结果。
2010-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Visible luminescence from hydrogenated amorphous silicon modified by femtosecond laser radiation
利用飞秒激光辐照氢化非晶硅（a-Si：H）薄膜，在空气中制备了SiO2/SiO2/SiO2纳米晶复合材料，并观察到了可见光发射。光致发光起源于硅微晶与SiO2基体界面处的缺陷态。该方法可用于制备发光层以提高a-Si：H太阳电池的能量转换。
2012-06-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
The formation of well-defined crystalline structures by UV laser irradiation of amorphous silicon films
这项研究为薄膜氢化非晶硅在氧气存在下接受紫外激光照射时发生的过程提供了新的见解。它通过观察使薄膜经受逐渐增加的激光辐射剂量的影响来实现这一点。这表明，首先产生了一系列核，导致形成了与氧化硅结构一致的定义明确的晶体网络。进一步的照射导致在结晶网络上形成锥形结构，这是由于硅-氧键断裂和所得富硅材料的迁移。最终，锥形结构成为主要特征，但仍由原始晶体结构的纳米线残余物互连。
2016-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Thermally-Induced Structural Evolution of Silicon- and Oxygen-Containing Hydrogenated Amorphous Carbon
采用X射线光电子能谱、吸收光谱和分子动力学（MD）模拟研究了含硅和氧的氢化非晶碳（a-C：H：Si：O）的热致结构演化.光谱结果表明，在氢化非晶碳（a-C：H）中引入Si和O，提高了sp3-C向sp2-C转化的活化能。分子动力学模拟表明，a-C：H：Si：O的热稳定性高于a-C：H，这是由于a-C：H：Si：O中应变C-C sp3键的比例较低。
2017-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Studies on optical signal due to oxygen effect on hydrogenated amorphous/crystalline silicon thin-films
我们研究了氧对氢化非晶硅/晶体硅薄膜的结构和光学性质的影响。在微晶和非晶过渡区之间制备了不同的氢化氧化硅（SiO：H）和硅（Si：H）薄膜。用X射线衍射、拉曼光谱、红外光谱和紫外-可见光谱对不同的薄膜进行了表征。与氢化非晶硅氧化物（a-SiO：H）、氢化非晶硅（a-Si：H）和微晶硅（$μ$ c-Si：H）膜等不同类型的膜的结果的比较揭示了它们作为用于太阳能电池的优异物质的优越性。X射线衍射、红外光谱和拉曼光谱分析表明，H稀释效应的不同对薄膜的结构和光学性能有较大的影响。非晶硅-氧和硅-氢化物合金薄膜的光致发光分析表明，它们适合作为硅基发光器件。1.83 eV的大光学带隙和在2.0 eV处的强光致发光的出现验证了a-SiO：H膜作为太阳能电池的更好替代物的适用性。
2020-11-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Temperature-induced nanostructural evolution of hydrogen-rich voids in amorphous silicon: A first-principles study
本文介绍了一个$ab$ $initio$研究温度诱导的非晶硅中的富氢空洞的纳米结构演变。通过使用大的$a$ -Si模型，从经典的分子动力学模拟，与现实的空隙体积密度为0.2%，Si和H原子的纳米尺寸的空腔的表面上的动力学进行了研究，并使用第一性原理密度泛函模拟检查其对空隙的形状和大小的影响。用$ab$ $initio$计算的结果与用改进的Stillinger-Weber势计算的结果进行了比较。温度引起的纳米结构的演变的空洞进行了检查，通过分析的三维分布的Si和H原子上/附近的空洞表面使用凸包近似，并计算相应的凸包的回转半径。比较的结果与那些从模拟值的强度在小角X射线散射的$a$ -Si/ $a$ -Si：H在Guinier近似的结果，随着对键合和非键合的氢在附近的空隙的动力学进行了讨论。
2019-11-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Thermally stimulated H emission and diffusion in hydrogenated amorphous silicon
本文报道了氢化非晶硅中氢动力学的第一性原理从头算密度泛函计算。主机硅原子的热运动驱动H扩散，我们证明了直接模拟和简单的模型解释。Si-Si键中心和Si环中心是局部能量极小值。我们还描述了一种新的机制，打破Si-H键释放自由原子H进入网络：波动键中心脱离（FBCD）辅助扩散。在a-Si：H中的H动力学由晶体中不存在的非晶相固有的结构波动主导。
2007-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermal conductance at interfaces between gold and amorphous silicon and amorphous silica
本文通过非平衡分子动力学模拟研究金与晶态/非晶态硅及二氧化硅的界面热导，发现非晶态界面热导显著更高，并从界面匹配性、非谐性和振动模式离域特性角度揭示了增强机制。
2024-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bonding properties of amorphous silicon and quantum confinement in the mixed phases of silicon nano slabs
本文在密度泛函计算的基础上，利用分子理论中的Bader原子，对非晶硅（a-Si）的成键性质进行了定量的微观分析，这些成键性质可以反映出该材料可观察到的力学和电子行为。此外，还研究了氢化a-Si（a-Si：H）半导体中硅晶体纳米片（SiNS）复合物中载流子量子限制的发生和强度。结果表明，在[100]方向上限制的硅片的限制效应最强。展示了带隙随SiNS宽度的可调性，并研究了能态随尺寸变化的标度律。它被证明和争论为什么在这些系统中的限制的空穴是强于电子约束。还详细介绍了氢钝化非晶硅缺陷的计算方法。
2019-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Amorphous silicon structures generated using a moment tensor potential and the activation relaxation technique nouveau
针对非晶硅原子尺度真实模型构建的长期难题，结合ARTn与MTP生成7种不同原子数的非晶硅模型，经结构、能量、力学性能分析及与实验、现有模型对比，模型吻合度高，还指出需验证连续无规网络假说并探索非晶硅晶化过程。
2025-03-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Investigation of Sb diffusion in amorphous silicon
非晶硅材料及其合金在大面积微电子和光电子器件中得到了广泛的应用。然而，非晶-晶转变、偏析和扩散过程仍有许多未解之谜。本文利用二次中性质谱（SNMS）研究了Sb在非晶硅膜中的扩散。采用直流磁控溅射法在室温下制备了Sb含量为5at%的非晶Si/Si 1-xSbx/Si三层结构样品。样品的退火在真空（p<10-7毫巴）和100巴高纯度（99.999%）Ar压力中在不同温度下进行。在退火过程中，观察到Sb合金化和非晶Si层之间的相当缓慢的混合。在考虑浓度无关扩散的情况下，计算得到的扩散系数在823 K时为10-21 m ~ 2·s ~（-1）。
2009-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Small-angle X-ray scattering in amorphous silicon: A computational study
我们提出了一个计算研究的小角X射线散射（SAXS）在非晶硅（$a$ -Si），特别强调的形态和微结构的空隙。SAXS中的散射强度和纳米级不均匀性或空隙的三维结构之间的关系通过产生具有0.1-0.3%空隙体积浓度的超大型高质量$a$ -Si网络来解决，如在使用SAXS和正电子湮没光谱的实验中所观察到的。系统地研究了小角散射区的散射强度随网络中空洞的尺寸、形状、数目密度和空间分布的变化规律。我们的研究结果表明，在小角度区域的散射强度是特别敏感的大小和总体积分数的空隙，但效果的几何形状或空隙的强度分布不太明显。从强度的模拟值得到的空隙的平均尺寸的比较，使用的Guinier近似和Kratky图，与那些从原子在空隙表面附近的空间分布。
2018-04-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Infrared spectroscopy of hydrogenated and chlorinated amorphous silicon
给出了氢化和氯化非晶硅薄膜的红外透射谱随氯浓度和退火温度的变化。随着氯含量的增加，观察到2100 cm-1带强度的增加。我们将这种效应与SiH 2Cl 2的存在，混合配置。的Sic 1伸缩带，位于545 cm-1的未退火的样品中，连续移位高达590 cm-1的退火温度的增加。这种置换归因于SiCl 2物质在500°C左右占优势以及它们在700°C以上转化为SiCl 2物质和SiCl 2分子。
2021-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of the potential-energy surface of amorphous silicon
体系统的能面和它们的动力学性质之间的联系通常很难建立。使用激活-弛豫技术（ART nouveau），我们遵循的势垒分布的非晶硅模型的弛豫程度的函数的变化。我们发现，虽然从初始最小值计算的势垒高度分布，是一个独特的功能，仅取决于分布的水平，反向势垒高度分布，从最终状态计算，是独立的松弛，以下不同的功能。此外，所得的获得或释放的能量分布是这两个分布的简单卷积，表明基本弛豫机制的激活和弛豫部分是完全独立的。这种特征化的能量景观可以用来解释纳米量热测量。
2010-04-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Dynamics of Photo-excited Hot Carriers in Hydrogenated Amorphous Silicon Imaged by 4D Electron Microscopy
非晶半导体中的电荷载流子的动力学与晶体半导体中的电荷载流子的动力学根本不同，这是由于缺乏长程序和高缺陷密度。尽管密集的技术驱动的研究兴趣和存在完善的实验技术，如光电导飞行时间和超快光学测量，在非晶半导体中的光激发载流子的动力学的许多方面仍然知之甚少。在这里，我们展示了直接成像的载流子动力学的空间和时间光激发后，在氢化非晶硅（a-Si：H）的扫描超快电子显微镜（SUEM）。我们观察到一个意想不到的制度，快速扩散后立即光激发，随着自发的电子-空穴分离和原子无序引起的电荷捕获。我们的研究结果表明，丰富的动态热载流子输运在非晶半导体，可以揭示直接成像的基础上SUEM。
2016-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Maximally-localized Wannier functions for disordered systems: application to amorphous silicon
我们用极大局域化的Wannier函数方法研究了非晶硅的成键性质。据我们所知，这项研究代表了Wannier函数分析在无序系统中的首次应用。我们的研究结果表明，在无序的存在下，这种方法是非常有帮助的，在提供一个明确的图片的键分布。特别是，可以研究缺陷配置，并以前所未有的精确度进行表征。
1998-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Long-range fluctuations of random potential landscape as a mechanism of 1/f noise in hydrogenated amorphous silicon
我们描述了一种机制，它将由带电缺陷引起的长程电位波动与低频电阻噪声（广泛称为1/f噪声）联系起来。这种机制是服从第一原理的噪声频谱，其中包括绝对噪声强度的微观计算。我们对氢化非晶硅（a-Si：H）薄膜在电流垂直于膜面流动的条件下进行了这样的计算，发现理论噪声强度与测量噪声强度之间有很好的一致性。所描述的机制是相当普遍的。它应该存在于一个广泛的系统类别包含不良屏蔽带电缺陷。
2007-07-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Atomistic modeling of amorphous silicon carbide: An approximate first-principles study in constrained solution space
采用密度泛函框架下的定域基从头计算分子动力学模拟生成了非晶碳化硅（a-SiC）的真实构型。我们的方法包括构建一组智能初始配置，符合基本的几何和结构方面的材料从实验数据，随后通过第一原理力场驱动，以获得最佳的解决方案，在减少的解决方案空间。先验信息（主要是结构和拓扑）与总能量的从头算优化相结合，使得可以模拟大系统尺寸（1000个原子），而不会影响力场的量子力学精度，以描述Si和C的复杂化学键。的结构，电子和振动特性的模型进行了研究，并与现有的理论模型和实验数据。我们证明，该方法是能够产生大的，现实的配置的a-SiC的第一性原理模拟，显示优异的结构和电子性能的a-SiC。我们的研究揭示了在材料中存在的主要短程有序起源于异质Si-C键的配位缺陷浓度小至5%和约8%的化学无序参数。
2009-02-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Thermal emission of hydrogenated amorphous silicon microspheres in the mid-infrared
本研究探究氢化非晶硅微球的中红外热发射特性，明确其声子峰来源与耦合机制，分析不同激发强度下的结构变化规律，为相关微纳光子器件研发提供实验依据。
2025-03-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Temperature dependence of reflectivity of amorphous silicon dioxide: Evidence of delocalized excitons weakly scattered by phonons
本文研究了在真空紫外同步辐射下，在10 ~ 300 K温度范围内，非晶二氧化硅的反射光谱。反射率光谱的Kramers-Kronig色散分析使我们能够确定在8至17.5 eV的范围内的吸收系数。光谱显示出四个主峰，其光谱位置与文献数据一致。一个明显的依赖性的线形对温度的前两个峰只观察。我们证明了激子峰在10.4 eV有一个非常好的洛伦兹带形在所有的温度下检查。基于现有的理论模型，这允许争辩激子在二氧化硅中被弱散射的声子，从而保留其迁移率特性，尽管激子-声子耦合和非晶二氧化硅的固有结构无序的影响。此外，所观察到的温度依赖性的峰值位置的Urbach吸收尾和自陷激子发射的功能一起，使我们能够估计统治激子在SiO2的动力学的主要参数。本征Urbach吸收尾的特征可以令人满意地解释为第一激子峰的那些的结果，支持作为10.4 eV激子的瞬时自陷的结果的SiO2中的Urbach尾的解释。最后，讨论了其他能量峰的特征，并提出了11.6 eV峰的激子起源。总的来说，我们的研究结果表明，激子动力学占所有的光学性质的纯二氧化硅从8至11电子伏特。
2010-09-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen dynamics and light-induced structural changes in hydrogenated amorphous silicon
我们使用精确的第一性原理方法来研究氢化非晶硅的网络动力学，包括氢的运动。除了研究电子基态下的原子动力学外，我们还采用一种简单的方法跟踪了轻激发态下的H动力学。与最近的实验和计算机模拟相一致，我们发现，二氢化物结构形成的动力学在轻激发态，我们给这些国家明确的途径的例子。我们的模拟似乎与Staebler-Wronski效应的各个方面是一致的，例如光诱导产生分离良好的悬挂键。
2006-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Realistic inversion of diffraction data for an amorphous solid: the case of amorphous silicon
我们采用一种新的方法“力增强原子细化”（FEAR）创建一个计算机模型的非晶硅（a-Si），基于高精度的X射线衍射实验的Laaziri等人。我们的计算逻辑是估计一个真正的样品a-Si的结构使用实验数据和化学信息包括在一个无偏的方式，从随机坐标。该模型与实验结果非常吻合，并且根据密度泛函计算，该模型也位于一个合适的最小能量。在协议与实验中，我们发现一个小浓度的协调缺陷，我们讨论，包括其电子后果。与连续随机网络模型相比，FEAR模型中的间隙状态是离域的。该方法是更有效和准确的，在这个意义上拟合衍射数据比传统的熔体淬火方法。我们计算的振动态密度和比热，并发现，这两个比较有利的实验。
2016-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Towards device-size atomistic models of amorphous silicon
非晶态材料的原子结构可以用连续无规网络模型来描述。我们提出了一个算法，用于生成大型，高质量的连续随机网络。该算法是由Wooten、Winer和Weaire引入的“silencing”方法的变体。通过采用局部弛豫技术，可以尝试局部原子重排，其规模几乎与系统大小无关。该算法的缩放特性为生成真实设备大小的原子网络铺平了道路。
2001-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Structural tunability and origin of two-level systems in amorphous silicon
对于更高的厚度、更高的生长温度和更慢的沉积速率，通过电子束蒸发制备的非晶硅膜具有系统地和实质上更大的原子密度，当在425 $^{\circ}$ C和<1 $Å$ /秒下生长厚度大于~300 nm的膜时，达到结晶Si的密度。光谱技术的组合提供了深入了解原子无序，局部应变，悬挂键，和纳米空隙。电子衍射表明，在所有的生长温度下的非晶硅的短程顺序是相似的，但波动电子显微镜显示，高于室温下生长的薄膜显示出一种形式的中程顺序以前没有观察到的非晶硅。拉曼光谱得到的原子无序度和局域应变随生长温度的升高而降低，并表现出非单调的厚度依赖性。悬挂键密度随生长温度的升高而降低，并且仅轻微地依赖于厚度。正电子湮没多普勒展宽光谱和电子能量损失光谱表明，纳米空隙，而不是网络内的密度变化，是负责减少原子密度。比热和机械损耗的测量，量化的隧道两级系统的密度，结合结构数据，表明在非晶硅薄膜中的两级系统与nanovoids和它们的周围环境，这是在本质上松散的键合区域的原子较少约束。
2021-11-21 cond-mat.mtrl-sci
