Face-Centered-Cubic B$_{80}$ Metal: Density functional theory calculations
通过密度泛函理论的从头计算，我们发现B80富勒烯可以凝聚形成稳定的面心立方fcc固体。结果表明，在晶体形成过程中，B80笼发生几何畸变，Ih对称性降低到Th对称性，相邻B80笼之间形成四个硼-硼化学键。相对于孤立的B80富勒烯，B80 fcc固体的结合能为0.23 eV/atom。计算的电子结构揭示了fcc B80固体是金属。预测的固相将构成一种形式的纯硼，并可能有不同的含义。此外，提出了一个简单的电子计数规则，这可以解释B80富勒烯的稳定性和最近预测的稳定硼片。
2008-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Reply to Comment on "Multiple locations of boron atoms in the exohedral and endohedral C60 fullerene" by J. Xu and G.-L. Hou
在我们工作中考虑的五种情况中，有三种情况下，许和侯在他们的评论中提出的DFT计算给出了相同的基态确认。另一方面，取决于交换相关泛函的选择，DFT内的几何优化导致B@C60和B60的不同基态确认，注释的表I。因此，这些分子复合物中最近确认之间的能量平衡是微妙的，各种方法可以给出不同的基态结构。因此，我们的方法的结果-Hartree-Fock（HF）的方法与二阶Møller-Plesset微扰理论（MP2）-应该与DFT结果在同等的基础上进行比较，我们不能同意DFT方法中使用的评论优于HF-MP2。在回复中，我们还提出了额外的HF计算与6- 31 G * 基组（用于几何优化的评论），以表明极化函数不改变我们先前在HF/6- 31 G水平上获得的基态确认。
2022-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Coordination-Driven Classification and Energetic Scaling of Boron Fullerenes and Borophene
本研究通过配位框架对硼富勒烯和硼烯进行分类，提出能量标度关系，建立笼状结构与实验硼烯的对应，为设计硼纳米结构提供预测策略。
2025-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural stability of the $B_{80}$ fullerene against defect formation
使用系统的搜索算法，我们确定了几种类型的点缺陷的硼富勒烯与80个原子。所有这些点缺陷使笼结构保持完整。此外，笼状结构对于弹性形变和原子的添加或去除也非常稳定。
2009-02-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
BN Doping in the Realm of Two-Dimensional Fullerene Network for Unparalleled Structural, Electronic, Optical, and HER Advancements: A Cutting-Edge DFT Investigation
本研究利用含vdW作用的PBE与HSE密度泛函理论，分析BN掺杂二维富勒烯网络的结构、电子、光学及输运性质，证明单对BN掺杂可调控带隙并实现高温超高电导率。
2023-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Neutral and charged excitations in carbon fullerenes from first-principles many-body theories
通过对碳富勒烯C_20、C_24、C_50、C_60、C_70和C_80的低能激发态与实验的比较，考察了第一性原理多体理论在纳米尺度下的准确性。通过GW-Bethe-Salpeter方程（GW-BSE）和扩散量子蒙特卡罗（QMC）方法计算属性。我们批判性地比较这些理论，并评估其准确性对现有的光吸收和光电子能谱学数据。第一电离势是一贯良好的再现，是相似的所有富勒烯和方法研究。电子亲合势和第一三重态激发能表现出实质性的方法和几何形状的依赖性。这些结果确立了多体理论作为密度泛函理论在描述受限碳纳米结构的电子性质方面的可行替代方案的有效性。我们发现富勒烯的能隙和稳定性之间存在着相关性。我们还发现，富勒烯的电子亲和势是非常高的和尺寸无关的，这解释了它们倾向于形成化合物与电子供体阳离子。
2008-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Raman scattering in C_{60} and C_{48}N_{12} aza-fullerene: First-principles study
我们对${\rm C}_{48}{\rm N}_{12}$氮杂富勒烯的拉曼散射活性和拉曼活性频率进行了大规模的{ \sl ab initio}计算。并与${\rm C}_{60}$的结果进行了比较。预测了${\rm C}_{48}{\rm N}_{12}$的29个非简并极化RAF和29个双简并非极化RAF。对于${\rm C}_{48}{\rm N}_{12}$，低频和高频区域中最强拉曼信号的RAF以及最低和最高RAF与${\rm C}_{60}$的RAF几乎相同。对${\rm C}_{60}$的研究揭示了电子关联和基组选择在{ \sl ab initio}计算中的重要性。我们最好的计算结果${\rm C}_{60}$与B3 LYP混合密度泛函理论是在极好的协议与实验，并证明了理想的效率和准确性，这种理论获得定量信息的振动性质的这些分子。
2003-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Structural, electronic, thermal and mechanical properties of C60-based fullerene two-dimensional networks explored by first-principles and machine learning
本研究结合第一性原理计算与机器学习原子间势，预测并系统评估了新型C60富勒烯低维及多孔网络的稳定性、电子性质、热导率、热膨胀与力学性能。
2023-07-12 cond-mat.mtrl-sci
Endohedral Derivatives of the Recently Synthesized Two-Dimensional Fullerene Networks: Electronic and Optical Insights from First-Principles Calculations
State University of Campinas（坎皮纳斯州立大学）
研究通过第一性原理计算分析了二维富勒烯网络的内含物衍生物，揭示其电子和光学特性，发现封装不同原子对带隙和跃迁通道的影响，为光电子和光捕获应用提供新思路。
2026-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Boron doping in gallium oxide from first principles
研究了硼掺杂氧化镓（$\text{Ga}_2\text{O}_3$）用于中子探测的可行性。$\text{Ga}_2\text{O}_3$是一种宽带隙、辐射硬材料，如果其可以掺杂有中子活性元素，则其具有用于中子检测的潜力。我们调查硼-10同位素作为一种可能的中子活性掺杂剂。用半局域和混合密度泛函理论研究了$\text{Ga}_2\text{O}_3$中的本征缺陷和硼诱导缺陷。我们发现，在生长条件有利于硼，硼替代缺陷可能形成使硼掺杂的$\text{Ga}_2\text{O}_3$可行。
2020-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Length dependent lattice thermal conductivity of single \& multi layered hexagonal boron nitride: A first-principles study using the Callaway-Klemens \& real space super cell methods
用第一性原理方法计算了单层和多层氮化硼的声子色散、态密度、格林奈森参数和晶格热导率。对于体相{ \it h}-BN，我们还报道了双声子态密度。我们还提出了简单的解析解的声学振动模式依赖的晶格热导率。此外，计算的基础上详细的Callaway-Klemens和实空间超元胞方法计算的样品长度和温度依赖的单层和多层六方氮化硼的晶格热导率显示出良好的协议与实验数据。
2017-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of fullerene-like cages and finite nanotubes of aluminum nitride
我们报告的密度泛函研究交替富勒烯状笼状结构和有限的封闭帽单壁氮化铝纳米管。研究的笼和纳米管被建模为Al 24 N24，Al 28 N28，Al 32 N32，Al 36 N36，Al 48 N48和Al 96 N96。采用解析Slater Roothaan方法，采用双zeta质量的极化高斯基组，在全电子水平上进行了结构优化，计算了电子结构、垂直电离势和电子亲合势。所有结构都是能量稳定的，结合能约为10-11 eV每AlN对。对于较大的Al 96 N96，富勒烯一样的笼是积极的不如具有Al 24 N24作为内壳的两壳簇有利。垂直电离势和电子亲合势分别在6.7-6.9 eV和1.5-2.0 eV范围内。结合能随（4，4）纳米管长度的增加而系统性地增加。使用“Delta SCF”方法确定的能带隙表明，这些结构的特征在于约4- 5eV的相当大的带隙，然而其小于相应氮化硼结构的带隙。
2005-05-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Experimental Realization of Two-Dimensional Boron Sheets
硼是元素周期表中的第五种元素，具有仅次于碳的丰富化学性质。硼的一个显著特征是B12二十面体笼在本体硼和许多硼化合物中作为构建块出现。这与它的相邻元素碳形成对比，碳更喜欢2D层状结构（石墨）的块状形式。另一方面，中等尺寸的硼团簇被预测为平面或准平面，如B12+，B13+，B19-，B36等，这也与表现出各种笼状结构的碳团簇（富勒烯）形成对比。因此，硼和碳可以被看作是一组互补的化学系统，在它们的块体和团簇结构。现在，随着石墨烯的蓬勃发展，一个有趣的问题是，硼是否也可以形成单原子层2D片状结构？在这里，我们报告的第一个成功的实验实现的二维硼片。我们揭示了两种类型的硼片结构，对应于一个三角形的硼晶格与不同的安排的六边形孔。此外，我们的硼片被发现是相对稳定的抗氧化，并每周与基板相互作用。这种期待已久的2D硼片的实现可以为硼电子打开一扇大门，类似于基于石墨烯的碳电子。
2015-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Flat electronic band structure and anisotropic optical, mechanical, and thermoelectric properties of two-dimensional fullerene networks
以富勒烯等纳米团簇为单元构建二维拓扑结构具有很大的挑战性。在这里，我们提出了三种桥接富勒烯单层膜，并全面研究了实验合成的新型富勒烯单层膜Zheng等人，[Nature 606，507-510（2022）]通过现有技术的第一性原理计算。结果表明，α-C60 -2D的直接带隙为1.49 eV，其导带底平坦，接近实验值，在长波紫外区具有强吸收的光学线性二向色性，小的各向异性杨氏模量，大的空穴迁移率和中低温下的Seebeck系数。此外，发现Li离子在α-C60 -2D中容易沿着X路径迁移。结果表明，α-C60 -2D的光学、力学、电学和热电性能的各向异性源于C60团簇之间的非对称桥联排列。我们的研究有望在不同领域的单层富勒烯网络的潜在应用。
2022-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical properties of AlMgB14-related boron carbide structures. A first principle study
本文通过第一性原理模拟研究用C-C键替换AlMgB14硼网络中B-B层间键的影响，发现可能存在杨氏模量550-600 GPa、维氏硬度43-50 GPa的正交碳化硼相。
2022-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and charge transfer excited states of a multichromophoric antenna
用密度泛函理论研究了一个由两个硼二吡咯甲烷染料、锌四苯基卟啉、二苯基蒽和富勒烯组成的多发色分子配合物的电子结构。雪花状分子表现得像天线，以不同的频率捕获光子，并将光子能量转移到卟啉，其中发生电子从卟啉转移到富勒烯。这个大的复杂的分子结构首先优化使用平面波投影增强波方法。随后的电子结构的计算使用的实空间方法，使用所有电子赝势基组包含总共12478个基函数。结果表明，HOMO和低于HOMO的一个态主要位于其中一个卟啉上，而LUMO主要位于配合物的富勒烯组分上。的HOMO和LUMO状态的能量在复杂的，判断的电离势和电子亲和势的值，显示出显着的差异，相对于它们的值在参与的亚基隔离。我们系统地研究了结构应变和配体的存在对电离能和电子亲和势的影响。最后，我们已经计算了几个最低的电荷转移能量涉及电子跃迁从卟啉组分的富勒烯亚基的复杂使用微扰的delta-SCF方法。我们的预测值的最低电荷转移激发态（1.67 eV）是一个类似的复杂的电荷转移能量的实验估计相媲美。
2013-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Interface Geometry on Phase Stability and Bandgap Engineering in Boron Nitride substituted Graphene: A Combined First-principles and Monte Carlo Study
采用密度泛函理论和蒙特卡罗模拟相结合的方法，研究了氮化硼/石墨烯二维六方复合材料的相稳定性和电子性质，旨在揭示两者之间形成的界面几何结构所起的作用.我们的研究强调，在一定的温度范围内，优先创建扩展扶手椅界面可能有助于氮化硼和石墨烯的固溶体的形成。我们进一步发现，对于带隙工程，扶手椅接口或混合几何形状的补丁接口是最合适的。将研究扩展到纳米尺度的几何形状表明，降维使得两相的相分离的趋势更强。我们的深入研究应该形成一个有用的数据库，在设计具有所需性能的氮化硼-石墨烯复合材料。
2017-07-10 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Calculation of Field Emission from Carbon Nanotubes With Nitrogen and Boron Doping
采用含时密度泛函理论研究了氮化和硼化碳纳米管的场发射特性，其中波函数的传播采用Crank-Nicholson算法。我们提取的电流-电压特性的发射电子从纳米管与不同的掺杂配置。我们发现，硼掺杂阻碍，或略有增强，场致发射。氮强烈影响发射电流，并且电流对氮掺杂剂在纳米管中的位置敏感。然而，从氮掺杂的碳纳米管发射的电荷云比从原始的更扩散，我们的模拟显示了从电荷云的分支的出现，使得氮化碳纳米管在窄束应用中使用不太方便。
2010-11-22 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Study on Electron-Conduction Properties of C$_{60}$ Chains
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了富勒烯链的电子导电性质。C $_{60}$二聚体的电导率低，这是由于分子结对电子传导的约束，而C $_{60}$单体表现出$\sim$ 1 G $_0$的电导率。C $_{60}$的三个简并$t_{u1}$态中的一个与导电有关，其他态的贡献很小。此外，我们发现了一个更有趣的结果，即通过将金属原子嵌入笼中，富勒烯链的电导急剧增加。
2006-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Fullerene-based molecular nanobridges: A first-principles study
基于传统的量子化学计算，我们实现了{ \em ab-initio}方法来研究纳米接触中的电输运。我们说明了我们的技术计算电导的C $_{60}$分子以各种方式连接到Al电极，其特征在于在原子水平上。正确估计电流的核心是精确了解分子和金属之间的局部电荷转移，这反过来又保证了费米能级相对于分子轨道的正确定位。与我们的预期相反，弹道输运似乎发生在这个系统中。
2001-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles prediction of a decagonal quasicrystal containing boron
我们解释实验已知的B-Mg-Ru晶体作为准晶近似。这些近似的结构意味着一个确定性的装饰瓷砖的原子，可以延长准周期性。实验观察到的结构无序对应于相子（瓦片翻转）波动。第一性原理总能量计算表明，许多不同的平铺在低温下接近稳定。基于这些能量的转移矩阵计算表明，从低温下的结晶状态到以瓦片波动为特征的高温状态的相变。我们预测B $_{38}$ Mg $_{17}$ Ru $_{45}$形成十次准晶，在低温下是亚稳的，并且在高温下可能是化学稳定的。
2004-05-14 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of a novel superhard boron nitride phase
在密度泛函理论的框架下，采用第一性原理计算研究了一种可能的过渡相--超硬氮化硼（Z-BN）.虽然Z-BN的结构与bct-BN的结构相似，但它比bct-BN更有利于能量的释放。我们的研究表明，Z-BN，具有相当大的结构稳定性和高密度相媲美的c-BN，是一个透明的绝缘体，间接带隙约5.27 eV。令人惊讶的是，其维氏硬度为55.88 Gpa，与c-BN相当。这种新的BN相可能是在实验中通过冷压缩AB堆积h-BN而产生的，因为它的转变压力点较低，为3.3GPa。
2012-06-11 cond-mat.mtrl-sci
First principles study of electronic and structural properties of single walled zigzag boron nitride nanotubes doped with the elements of group IV
采用密度泛函理论研究了掺杂元素周期表第IV族元素的（10，0）-氮化硼纳米管（BNNT）的结构、电子性质和稳定性. HOMO-LUMO间隙已被强烈修改和处理的双重方式，通过选择B或N位的掺杂剂原子。形成能计算表明，B位掺杂比N位掺杂稳定.结果还表明，除了B位碳掺杂的BNNT外，所有掺杂剂都使BNNT转变为p型半导体。
2017-09-02 cond-mat.mtrl-sci
First-principle investigation of boron nitride nanobelt
在本文中，我们报告了一种新的氮化硼分子结构，称为BN-纳米带，是2017年合成的（12）环苯并苯的无机类似物。利用密度泛函理论（DFT）和量子分子动力学（QMD）计算的广泛研究表明BN-纳米带是结构和热稳定的分子，具有所有正振动频率。BN纳米带具有绝缘体的性质，在紫外光区有吸收，有望作为紫外光探测器。所有结果表明了其结构的稳定性和合成的可能性。我们希望所提出的BN-纳米带结构能够激发对其合成的进一步实验研究，并带来潜在的新技术应用。
2021-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Optical absorption and photoluminescence of single layer boron nitride from a first principles cumulant approach
本文基于第一性原理多体累积量展开方法计算单层氮化硼的光学吸收与光致发光，揭示了激子-声子散射通道对光谱的影响，并发现电子-空穴相互作用在小声子动量下抵消了 Frölich 相互作用。
2024-02-06 cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation of boron defects in nickel ferrite spinel
硼在沉积在燃料棒上的多孔镍铁氧体（NiFe2O4，NFO）中的积累是具有重要安全性和经济性的主要技术问题。在这项工作中，镍铁氧体的电子结构进行了研究，使用第一性原理方法，并结合实验数据的结果来分析B纳入到NFO结构。在热力学平衡下，计算预测，将B并入NFO结构是不利的。主要的限制因素是NFO的稳定域窄以及作为第二相的B2O3、Fe3BO5和Ni3B2O6的沉淀。在n型NFO中，最稳定的缺陷是Ni空位，而在p型材料中，形成能最低的是四面体配位的间隙B。由于这些限制条件，B与Fe、Ni和O形成第二相比在NFO中形成点缺陷更有利
2015-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Thermal Expansion in Functionalized 2D Boron Nitride: A First-Principles Investigation
本研究利用第一性原理DFT和准谐近似计算发现，功能化能显著改变二维氮化硼的面内热膨胀，为纳米电子学和热管理领域的可调热性质提供了关键见解。
2025-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Structures, stability, mechanical and electronic properties of a-boron and its twined brother a*-boron
用第一性原理计算研究了α-硼及其兄弟α *-硼的结构、稳定性、力学和电子性质。α-硼和α *-硼分别由“3S-6D-3S”和“2S-6D-4S”两种不同连接构型的等价二十面体B12团簇组成。总能量计算表明，在零压力下，α *-硼比α-硼稳定性差，但比β-硼和γ-硼更有利。α-硼和α *-硼都被证实是动态和机械稳定的。α-硼和α *-硼的力学和电子性质表明它们是硼元素潜在的超硬半导体相。
2013-02-26 cond-mat.mtrl-sci
First-principle prediction of the existence of C64-graphyne and its nitrogen and boron substitutions
利用基于密度泛函理论的第一性原理计算，预测了一种新型的单层平面结构C64-石墨炔。这种新的稳定结构中存在四原子环和六原子环，以及C-C三键，晶格参数为9.291 π。C64-石墨炔中的碳六原子环含有两个完全不同的C-C键，称为环己三烯。其电子能带结构显示出半导体性质，具有0.35 eV的窄直接带隙。有趣的是，通过用一个氮原子取代C64-石墨炔六元环上的一个碳原子或碳链上的一个sp杂化碳原子，得到了两种稳定的平面结构。这种掺杂氮原子诱导金属性能在这个单层结构。进一步的研究表明，硼和氮原子交替取代C64-石墨炔中的所有碳原子也诱导了一种新的稳定结构，即（BN）64结构。电子学研究证明了它的绝缘体性质，带隙为4.08 eV。
2018-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Energy-gap modulation of boron nitride nanoribbons by transverse electric fields: First-principles calculations
系统的从头计算结果表明，横向电场可以显著减小锯齿形或扶手椅形氮化硼（BN）纳米带（BNNRs）的能隙，并在临界电场处完全闭合，该临界电场随带宽的增加而减小.此外，当施加反向电场时，锯齿形边缘的带中呈现出明显的间隙调制。在弱场下，锯齿边BNNRs的带隙减小源于场诱导的空间分离边态的能级移动，而扶手椅边BNNRs的带隙减小源于Stark效应.随着外电场的增强，两种BNNRs的能隙由于近自由电子态的场致运动而逐渐闭合。在没有外加场的情况下，通过改变带宽度的能隙调制相当有限。
2011-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Point defects and dopants of boron arsenide from first-principles calculations: donor compensation and doping asymmetry
我们应用混合密度泛函理论计算，以确定形成能量和热力学电荷跃迁水平的原生点缺陷，常见的杂质，和浅掺杂的BA。我们发现硼相关的缺陷如V_B、B_As、B_i-V_B复合物和反位对是主要的本征缺陷。由于V_B和B_As的受主型特性，期望天然BA呈现p型导电。在我们探索的常见杂质中，我们发现C替代缺陷和H杂质具有相对较低的形成能，并且可能贡献自由空穴。令人惊讶地发现间隙氢在中性电荷状态下也是稳定的。Be_B、Si_As和Ge_As是优良的浅受主，它们具有低的电离能（< 0.03 eV），其它点缺陷的补偿作用可以忽略不计。另一方面，诸如Se_As、Te_As、Si_B和Ge_B的施主具有相对大的电离能（~0.15 eV），并且可能被诸如B_As和V_B以及C_As、H_i和H_B的原生缺陷钝化。空穴和电子掺杂的不对称性源于导带由于其硼轨道特性而具有的重有效质量，以及补偿施主的硼相关本征缺陷。
2018-09-24 cond-mat.mtrl-sci
First-principle investigation of the electronic structure and optical properties of graphene/boron nitride lateral heterostructures
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；ONERA（法国航空航天研究院）；CNRS（法国国家科学研究中心）；CEA（法国原子能和替代能源委员会）
本研究通过从头计算方法，探讨了石墨烯/氮化硼横向异质结构的电子结构和光学性质，揭示了能隙宽度分类及光学吸收特征。
2026-01-21 cond-mat.mtrl-sci
B12C2N Interstitial Boron subcarbonitride with peculiar magnetic properties: First principles investigations
B12 C3和B13 C2的结构可以被认为是碳插入菱面体α-B12，并表示为B12{C-C-C}和B12（C-B-C）。使用密度泛函理论DFT计算，线性三原子化合物中的中心原子被N取代导致原始的新的硼次碳氮化物B12 C2 N或B12（C-N-C），其被鉴定为比两种次碳化物稍微更有凝聚力。B12 C3是绝缘的，具有接近0.2 eV的E（Gap），B13 C2是在费米能级处具有小态密度DOS的弱金属，而B12 C2 N基态是M= 1 BM的半金属铁磁体。从状态方程，磁化强度被发现在平衡附近的一个广泛的体积范围内不变。根据电荷转移计算，总电荷密度和磁荷密度投影显示电荷包络集中在（C：N：C）上，磁荷具有以N为中心的圆环形状。这些三原子化合物通过末端碳与α-B12的两个硼亚结构之一特异性地相互作用，形成3B 1-C-N-C-3B 1-like复合物。进一步的合成和实验表征，预计将扩大这样一个原始类的材料的调查领域。
2021-04-06 cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation of organic photovoltaic materials C$_{60}$, C$_{70}$, [C$_{60}$]PCBM, and bis-[C$_{60}$]PCBM using a many-body $G_0W_0$-Lanczos approach
采用Hedin的$G_0W_0$近似下的多体微扰理论和Lanczos方法，对有机光致发光材料中电子受体C-$_{60}$、C-$_{70}$、[6，6]-苯基-C-$_{61}$ -丁酸甲酯（[C-$_{60}$ ]PCBM）和双-[C-$_{60}$ ]PCBM的激发态性质进行了第一性原理研究.计算得到的C $_{60}$和C $_{70}$的垂直电离势（VIP）和垂直电子亲合势（VEA）与气相中的实验值吻合得很好。所有三个分子的态密度也比较薄膜上测得的光电子能谱和逆光电子能谱，表现出密切的一致性-一个刚性的能隙重整化由于在薄膜中的分子间相互作用。此外，计算结果还表明，[C $_{60}$ ]PCBM的最低未占态都是由富勒烯C $_{60}$的最高占据分子轨道和最低未占分子轨道产生的. [C $_{60}$ ]PCBM中的功能性侧基引入了轻微的电子转移到富勒烯笼中，导致VIP和VEA的小幅降低。当用[C $_{60}$ ]PCBM代替富勒烯C $_{60}$作为本体异质结聚合物太阳能电池中的电子受体时，VEA的这种小变化为开路电压的增加提供了可靠的理由。
2015-06-05 cond-mat.mtrl-sci
First-principles studies of the electronic and magnetic structures and bonding properties of boron subnitride B$_{13}$N$_2$
菱面体B $_{12}$单元被视为嵌入元素（E）的线性三原子排列的主体基质，导致具有B $_{12}$ {E-E-E}通用公式的相对大的富硼化合物家族。目前的工作集中在低氮化硼，B $_{13}$ N $_2$，我们在本上下文中表示为B $_{12}$ {N-B-N}。在完善的量子密度泛函理论（DFT）的电子性质的全面研究提供。此外，考虑到在简单化合物如叠氮化钠NaN $_3$中存在线性三原子排列，即，Na $^I$ {N-N-N}和Ca $^{II}$ {N-C-N}，我们设计了Sc $^{III}$ {N-B-N}以建立与B $_{12}$ {N-B-N}的比较。ScBN $_2$被计算为内聚的并且具有从ScIII分离的N-B-N，其中dB-N = 1.33 π。在B $_{12}$ {N-B-N}中，由于N与两个B12硼亚结构之一结合，B1形成“3B. N-B-N... 3B”类复合体伴随着磁不稳定性。自旋极化（SP）的计算导致磁化开始在中心硼与M=1 $μ_B$在一个稳定的半铁磁基态观察到的电子态密度（DOS）。结果得到总能量和计算的支持，在非自旋极化（NSP）和自旋极化稳定后一种配置在很宽的范围内的体积从M（V）图。进一步的说明性结果给出的电荷密度（总和磁）和电子局域化函数（ELF）。
2020-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Valleytronics and negative differential resistance in cubic boron nitride: a first-principles study
本研究通过第一性原理计算探究立方氮化硼的高场输运特性，发现其140K以下存在源于光学声子散射率能量依赖性的负微分电阻，且谷间散射时间可媲美金刚石，揭示其在谷电子器件与转移电子器件中的应用潜力。
2024-08-15 cond-mat.mtrl-sci
First-principles GW calculations for fullerenes, porphyrins, phtalocyanine, and other molecules of interest for organic photovoltaic applications
我们评估的性能从头计算的电离能和HOMO-LUMO间隙的13个气相分子的兴趣为有机电子和光伏应用，包括C60富勒烯，并五苯，自由基卟啉和酞菁，PTCDA，和标准单体，如噻吩，芴，苯并噻唑或噻二唑。标准的G 0 W 0计算，即从本征态得到的局部或半局部泛函，显着提高电离能和带隙相比，密度泛函理论Kohn-Sham的结果，但计算的准粒子值仍然太小，作为过屏蔽的结果。从类Hartree-Fock特征值出发，得到了更好的结果，相当于对特征值进行了自洽，与实验结果相比，精度为2~4%.我们的计算是基于一个有效的高斯基础上实现GW的动态筛选，通过轮廓变形技术的显式治疗。
2010-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Characterization of Lattice Thermal Transport in Two-Dimensional BAs, BP, and BSb: A First-Principles Study
自从Lindsay等人从理论上预测了立方硼砷化物（c-BAs）的高热导率以来，c-BAs的热导率一直是一个难题。在2013年，无数的研究都集中在这种特殊的材料上。最近，c-BA已被实验证实具有约1，100 W/m-K的热导率。在这项研究中，我们研究了很少研究的二维六方结构的砷化硼（h-BAs）使用第一性原理方法和解决玻尔兹曼输运方程的声子。传统上，高热导率材料的良好指标是其高德拜温度和高声子群速度。然而，我们确定的h-BAs有一个更低的德拜温度和平均声子群速度相比，其他单层硼-V化合物的氮化硼（h-BN）和磷化硼（h-BP），但奇怪的是，它具有较高的热导率。进一步的研究表明，这是由于大的质量不平衡引起的声子频率间隙，这导致了受限的Umklapp声子-声子散射通道，从而导致更高的热导率。我们确定的单层h-BA的固有晶格热导率为362.62 W/m-K在室温下，这是相当高的相比，其他单层硼-V化合物的h-BN（231.96 W/m-K），h-BP（187.11 W/m-K），和h-BSb（87.15 W/m-K）。这项研究为研究一类新的单层结构及其所具有的性质打开了大门。
2018-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the Potential of Two-dimensional Borospherene for Toxic Gas Sensing and Capture: A DFT Study
São Paulo State University (UNESP), School of Sciences（圣保罗州立大学（UNESP）理学院）
本研究通过DFT方法探讨了二维硼空心球在有毒气体传感与捕获中的潜力，发现其对SO2具有强化学吸附和分解能力，表现出优越的气体亲和力。
2026-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermomechanical properties of honeycomb lattices from internal-coordinates potentials: the case of graphene and hexagonal boron nitride
低维材料中的晶格动力学，特别是弯曲声学模式的二次行为在其热机械性能中起着重要作用。这些的第一原理评估可能是非常苛刻的，并且可能受到破坏平移或旋转不变性的数值噪声的影响。为了克服这些挑战，我们研究了Gartstein内坐标势，并根据石墨烯的第一性原理原子间力常数调整了它的13个参数。我们表明，由此产生的潜力不仅再现非常好的声子分散的石墨烯，但也有任何直径和手性的碳纳米管。增加一个立方项也允许再现占主导地位的非谐项，导致晶格热导率的一个非常好的估计。最后，这种潜在的形式也非常适用于氮化硼，只要它适合于原子间力常数的短程（分析）部分，并在其后增加长程介电贡献。这一考虑强调了基于短程描述符的电位应如何在极性材料中与第一性原理相互作用的短程部分相适应，并由基于相同第一性原理计算参数化的长程分析介电模型进行补充。
2020-10-26 cond-mat.mtrl-sci
First principles second harmonic generation of transition metal dichalcogenides and boron nitride alloys: from monolayers and nanotubes to Haeckelites and Schwarzites
为了揭示新的二维系统的二次谐波产生（SHG），利用第一性原理方法计算了不同类型的层状合金的二阶极化率χ（2），这些层状合金包括过渡金属二硫属化物（TMD）合金的单层、TMD Haeckelite合金、TMD合金的纳米管、包括BxNyCz合金的六方氮化硼（h-BN）系统、BN和BNC 2纳米管，BxNxCy黑克石和BN黑碳石（多孔BN）。结果表明，在高光子能量下，钨基合金的χ（2）值高于钼基合金，而在低光子能量下，一种MoSSe占主导地位。在所有计算结构中，假设的TMD海克尔体NbSSe和Nb 0.5Ta 0.5S2显示出最高的χ（2）。锯齿形TMD合金纳米管的χ（2）值随直径的减小而增大，当直径较大时，χ（2）值接近单层纳米管。BNC合金表现出比h-BN单层更高的χ（2），并且与TMD合金相当，除了一种情况使其强度加倍之外。BN管显示随着直径减小，χ（2）增加，类似于TMD纳米管。BxNxCy海克石具有非常高的χ（2），并且可能揭示扩展缺陷在非线性光学性质中的作用。BN Schwarzite之一表现出比已知的3-D材料更高的χ（2）。
2017-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Optical absorption and electron energy loss spectra of carbon and boron nitride nanotubes: a first principles approach
本文采用含时密度泛函理论，通过{ \it ab initio}计算，研究了小直径单壁碳纳米管和氮化硼纳米管的光吸收光谱.我们将结果与相应的层状结构，即石墨烯和六方BN片所获得的结果进行比较。特别是，我们专注于退极化效应，各向异性和相互作用的激发态的作用。我们表明，已经无规相位近似再现以及晶体局部场效应时，正确地包括光谱的主要特征，并讨论在何种程度上可以进一步简化计算外推的分层系统的预期结果的管。目前的结果是相关的解释最近的实验工具，如光学和荧光光谱，以及偏振共振拉曼散射光谱的纳米管表征所获得的数据。我们还解决电子能量损失谱在小q动量转移限制。在这种情况下，层间和管间相互作用相对于光学光谱学起着增强的作用。
2003-08-07 cond-mat.mtrl-sci
A synergistic view of magnetism, chemical activation, and ORR as well as OER catalysis of carbon doped hexagonal boron nitride from first-principles
近年来，碳（C）掺杂的六方氮化硼（hBN）已被实验报道是氧还原反应（ORR）的可能的催化主体，以及在室温下可能的铁磁体。还报道了在hBN中被C取代形成石墨烯岛。在这项工作中，我们探索从第一性原理，这些不同方面的C掺杂hBN之间的连接。我们发现形成的石墨烯岛覆盖不相等数量的B和N的网站在hBN是积极合理的。它们具有净非零磁矩，并且还被发现比它们的非磁性对应物具有更多的化学活性，覆盖相等数量的B和N位点。电子之间的原位库仑排斥，已知是像石墨烯和hBN这样的二分晶格中的磁性的原因，也被发现不仅在磁性石墨烯岛和hBN的锯齿形界面处的C原子的化学活化中，而且在紧邻hBN附近的硼（B）位点的化学活化中发挥核心作用。然而，据报道，由于在B位点处的取代（其在能量上比在N位点处更有利）而导致的这种活化的B或C不利于ORR。有利地，我们发现，随着石墨烯岛的尺寸增加，B位点处的C的活化系统地缓和，为在磁性石墨烯岛的边缘处覆盖比N位点更多的B位点的有效催化位点的丰度铺平了道路。因此，作为贵金属电极的替代品，我们提出了一类石墨烯-hBN杂化物，其具有嵌入hBN中的磁性石墨烯岛的晶格，其可以是金属的。
2019-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Structures, Electronic Properties, Spectroscopies and Hexagonal Monolayer Phase of a Family of Unconventional Fullerenes C64X4 (X = H; F;Cl;Br)
采用密度泛函理论对非常规富勒烯C64及其衍生物C64 X4（X = H; F;Cl;Br）的几何结构和电子性质进行了系统的第一性原理研究.通过对C64的3465个异构体的搜索，发现C64的基态是具有D2对称性的球形结构，而最近合成的C64 H4的母体笼是具有C3 v对称性的梨形结构.我们发现在C64笼的五角-五角融合顶点上加入F、Cl、Br等卤素原子可以提高稳定性，形成非常规的富勒烯C64 X4。计算了Mulliken电荷布居数、LUMO-HOMO能隙和态密度，结果表明：不同卤素原子的引入会导致C64 X4分子的电荷布居数发生显著变化，化学衍生会使C64 X4分子的能隙增大，对电子结构产生明显影响.发现C64 F4比C64 H4更稳定，因为前者的C-X键能高于后者。C64 H4分子的计算光谱与实验数据吻合较好，C64 X4（X = F;Cl;Br）分子的IR、Raman、NMR光谱也进行了计算，以促进进一步的实验研究。最后，通过总能量计算发现，C64 X4可以形成稳定的六方单分子层。
2008-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Tight-Binding Study of Boron Structures
我们已经进行了线性化增广平面波（LAPW）计算的五个晶体结构（α，DHCP，SC，FCC，BCC）的硼，然后我们拟合到一个非正交紧束缚模型的海军研究实验室紧束缚（NRL-TB）的方法。NRL-TB方法对R105（或\b{eta} -菱面体）和T190等复杂硼结构的预测与最近的第一性原理计算一致。充分利用NRL-TB方法的计算速度，我们计算了各种结构的能量差异，包括那些含有空缺使用超细胞多达5000个原子。
2014-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Single Boron Atom Anchored on graphitic carbon nitride nanosheet (B/g-C$_2$N) as a photocatalyst for Nitrogen fixation: A First-Principles Study
光催化氮还原是一种很有前途的合成氨方法，目前的问题是寻找高活性和低活性的催化剂。基于第一性原理计算，将单个硼原子锚定在g-C $_2$ N上形成B/g-C $_2$ N，结果表明B/g-C $_2$ N可以作为潜在的光催化剂固定N $_2$.在g-C $_2$ N中引入B原子后，能隙从2.45 eV减小到1.21 eV，并且在可见光区也表现出较强的吸收。此外，N $_2$在B/g-C $_2$ N上可以通过酶促机制被有效还原，起始电位为0.07 V，速率决定势垒为0.50 eV。B/g-C $_2$ N和N $_2$之间的“接受-捐赠”相互作用对活化N $_2$起关键作用，B/g-C $_2$ N的BN $_2$部分作为活化和转运中心。其活性来源于N-$_2$的1-$π$ 1-$π$ * 轨道与B/g-C-$_2$ N分子轨道之间的强相互作用，1-$π$ * 轨道的电离和1-$π$ * 轨道的填充使N-$\equiv$ N键长大大增加，使N-$_2$活化。总体而言，这项工作表明B/g-C $_2$ N是一个有前途的光催化剂N $_2$固定。
2019-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Comment on A novel two-dimensional boron carbon nitride (BCN) monolayer: A first-principles insight [J. Appl. Phys. 2021, 130, 114301]
最近，Bafekry等人[J. Appl. Phys. 130，114301（2021）]报道了他们关于BCN单层的结构、声子色散、弹性常数和电子性质的密度泛函理论（DFT）结果。然而，上述理论工作包括错误的结果和讨论，这将在下面解释。
2022-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origin of the monolayer Raman signature in hexagonal boron nitride: a first-principles analysis
单层的六方氮化硼（h-BN）原则上可以通过拉曼信号来识别，包括相对于体值的E2 g振动模式的频率的上移，但这种移位的起源（固有的或支持诱导的）仍有争议。在这里，我们使用密度泛函理论计算研究是否有一个内在的拉曼位移的h-BN单层相比，散装。有普遍的协议，所有测试的泛函预测的幅度的频率偏移后，在平面内的细胞参数的变化。很明显，一个小的面内收缩可以解释拉曼峰从体到单层上移。然而，我们发现，较大的面内参数在散装（单层相比）的结果从非局部相关效应，这不能占当地的泛函或经验色散修正。使用非本地相关功能，然后，我们调查的拉曼签名上的有限温度的影响。我们表明，散装h-BN在垂直于层的方向上热膨胀，而层内距离略有收缩，与观察到的实验行为一致。有趣的是，体膜和单层膜的面内晶胞参数的差异随着温度的升高而减小，在室温下变得很小。我们得出结论，不同的热膨胀的散装和单层部分“擦除”的固有拉曼签名，占其在最近的实验中的小幅度悬浮样品。
2018-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Fully analytic implementation of density functional theory for efficient calculations on large molecules
碳和其他无机材料的类富勒烯笼和纳米管由于其可能的技术应用而目前正处于紧张的研究中。这些材料的第一原理模拟由于大量的原子而在计算上具有挑战性。我们最近开发了一种快速，变分和完全解析的密度泛函理论（ADFT）为基础的模型，允许研究系统大于那些可以使用现有的密度泛函模型进行研究。使用极化高斯基组（6- 311 G **）和ADFT，我们优化了包含超过2000个原子的碳，氮化硼和氮化铝的大富勒烯，富勒烯状笼和纳米管的几何形状。使用近39000个轨道基函数计算C2160是迄今为止在该理论水平上报道的任何孤立分子的最大计算，并且它包括完整的几何优化。研究了无机笼和其他碳富勒烯的电子结构相关性质。
2006-10-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.chem-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
Electronic structure of nanocones of boron nitrite
采用第一性原理计算方法研究了具有不同向错角$θ=nπ/3$的氮化硼纳米锥的电子结构。具有奇数值的$n$的纳米锥呈现反相边界，其导致纳米锥的功函数相对于本体BN值减少多达2 eV。相比之下，具有均匀的$n$值的纳米锥不具有这样的缺陷，并且呈现与BN体值非常相似的功函数。这些结果应该有很强的后果氮化硼纳米锥和纳米管的场发射性能。
2004-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Magnetism on the boron-doped Si(111)-$\sqrt 3 \times \sqrt 3$ surface
我们利用第一性原理计算研究了Si（111）- $\sqrt 3 \times \sqrt 3$表面的磁性，该表面对于高硼掺杂的样品是稳定的.当去除硼原子顶部的硅吸附原子以形成缺陷结构时，三个硅悬挂键被暴露，从而在带隙中产生半填充的双简并能级，这稳定了2 $μ_{\rm B}$的局部磁矩。当有许多这样的缺陷结构彼此相邻时，发现它们反铁磁地排列。然而，我们表明，铁磁性可以通过调整缺陷中的电子数来稳定，这表明这种独特的硅表面结构的自旋电子学应用的可能性。
2017-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Boron Triangular Kagome Lattice with Half-Metallic Ferromagnetism
基于第一性原理材料演化设计，我们报道了一种稳定的硼Kagome晶格，它由二维薄片上的三角形组成。选择Mg原子作为客体原子，可以在银衬底上合成Kagome晶格。当孤立的Kagome晶格在无应变的情况下发生轻微扭曲时，它在拉伸应变下变成理想的三角形Kagome晶格。在三角形Kagome晶格中，我们发现了奇异的电子性质，如费米能级附近的拓扑非平凡平带和半金属铁磁性，并预言了自旋轨道耦合下的量子反常霍尔效应.
2017-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of fullerene nanoribbons
本文通过第一性原理计算研究了二维富勒烯网络衍生的准一维富勒烯纳米带的电子结构，揭示了其随边缘几何和宽度变化的丰富电子性质，为纳米器件设计提供了理论指导。
2025-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
