Mechanism responsible for initiating room temperature ferromagnetism and spin polarized current in diluted magnetic oxides
实现稀磁氧化物（DMO）自旋电子学的主要障碍是与其高TC铁磁性和自旋极化电流相关的未知电子结构以及如何通过制造技术来操纵所需的电子结构。我们证明，微调的电子结构和能带结构可以修改启动DMO性能。有趣的是，在半导体状态下，掺杂的Co离子和氧空位贡献了不可忽略的磁矩;并且这些磁矩之间的磁耦合由局域载流子通过高度自旋极化跳跃输运介导。这些结果揭开了自旋电子特性与理想的电子状态的起源的神话，从而为未来的应用重新打开了大门。
2015-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Hybridization between the conduction band and 3d orbitals in the oxide-based diluted magnetic semiconductor In$_{2-x}$V$_x$O$_3$
用光电子能谱（PES）和X射线吸收谱（XAS）研究了In $_{2-x}$ V $_x$ O $_3$（$x=0.08$）的电子结构.的V $2p$核心水平的PES和XAS光谱揭示了三价电子状态的V离子，与取代的V离子的In网站。用共振PES技术测得的V 3d分电子态密度在O $2p$带上方有一个尖锐的峰。虽然In $_{2-x}$ V $_x$ O $_3$的O $1s$ XAS谱与In $_2$ O $_3$的O $1s$ XAS谱相似，但V掺杂的和纯的In $_2$ O $_3$之间的In $3p$和3d XAS谱存在差异。这些观测结果为In $_{2-x}$ V $_x$ O $_3$中In导带与V 3d轨道的杂化提供了明确的证据。
2008-01-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Co-doped (La,Sr)TiO3-d: a high-Curie temperature diluted magnetic system with large spin-polarization
我们报道的隧道磁电阻（TMR）的实验表明，存在一个显着的自旋极化的Co掺杂（La，Sr）TiO 3-d（Co-LSTO），铁磁稀磁氧化物系统（DMOS）与高居里温度。这些TMR实验已经在与Co-LSTO和Co电极相关联的磁性隧道结上进行。结合高分辨率透射电子显微镜和俄歇电子能谱的Co-LSTO的广泛的结构分析排除了Co簇在Co-LSTO层中的存在，因此，测得的铁磁性和高自旋极化是该DMOS的固有特性。我们的研究结果表明，DMOS的方法与复杂的氧化物材料在自旋电子学。
2005-08-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
(Ca,Na)(Zn,Mn)2As2: a new spin & charge doping decoupled diluted ferromagnetic semiconductor with hexagonal CaAl2Si2 structure
在这里，我们报告的自旋和电荷去耦稀磁半导体（Ca，Na）（Zn，Mn）2As 2，结晶成六方CaAl 2Si 2结构的成功合成。该化合物表现出铁磁转变，当Na掺杂量为10%时，居里温度高达33 K，载流子密度为np~10^20 cm^-3。新DMS是一种软磁材料，HC<400 Oe，在低于铁磁有序化温度时观察到反常的霍尔效应。随着Mn掺杂的增加，铁磁有序伴随着局部自旋和移动电荷之间的相互作用，在低温下引起电阻率的最小值并使传导电子局部化。该系统为研究局域自旋与传导电子的相互作用提供了一个理想的平台。
2014-10-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Doping Dependent Changes in Nitrogen 2$p$ States in the Diluted Magnetic Semiconductor Ga$_{1-x}$Cr$_{x}$N
本文研究了最近发现的稀磁半导体Ga $_{1-x}$ Cr $_{x}$ N（$x$ = 0.01-0.10）的电子结构。利用N1 $s$软X射线发射谱和吸收谱分别对主体晶格中$occupied$和$unoccupied$配体（N）的分能态密度（DOS）的变化进行了系统的研究。X射线吸收测量证实了纤锌矿N2 $p$ DOS和置换掺杂的Cr到Ga的网站。Ga $_{1-x}$ Cr $_{x}$ N的$occupied$和$unoccupied$ N 2 $p$特征DOS的耦合变化确定了与能带结构计算一致的负责铁磁性的状态。
2004-09-30 cond-mat.mtrl-sci
X-ray Anomalous Scattering of Diluted Magnetic Oxide Semiconductors: Possible Evidence of Lattice Deformation for High Temperature Ferromagnetism
我们研究了在金红石型和金红石型Ti_{1-x} $Co$ _{x} $O$ _{2-delta} $ thin films that exhibit room-temperature ferromagnetism. Intensities of the x-ray Bragg reflection from the films were measured around the $ K $-absorption-edge of Co. If the Co ions randomly substitute on the Ti sites, the intensity should exhibit an anomaly due to the anomalous dispersion of the atomic scattering factor of Co. However, none of the anatase and rutile samples did exhibit an anomaly, unambiguously showing that the Co ions in Ti$ _{1-x} $Co$ _{x} $O$ _{2-delta} $ are not exactly located at the Ti sites of TiO$ _2 $. The absence …
2007-08-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Hole states in wide band-gap diluted magnetic semiconductors and oxides
磁掺杂GAN和ZnO的光电发射和光学研究结果之间的令人困惑的分歧解释在一个广义的合金理论。结果表明，价带空穴与局域自旋的强耦合导致了带隙中的类Zhang-Rice态，使表观p-d交换积分符号反转，并使带隙随磁离子浓度的增加而增大.
2007-03-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
H$_{2}$-diluted precursors for GaAs doping in chemical beam epitaxy
本研究采用H₂稀释的DTBSi和CBr₄作为前驱体，通过化学束外延实现GaAs宽范围掺杂，明确了掺杂浓度调控规律及掺入幂律关系，证实该稀释方式不影响材料的光电性能。
2021-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Correlated Doping in Semiconductors: The Role of Donors in III-V Diluted Magnetic Semiconductors
我们调查的总能量的混合晶体（Ga，Mn）As共掺杂As，Sn，和Zn的组成依赖。使用从头计算LMTO-CPA方法，我们发现受体（Mn，Zn）和供体（Sn，反位As）的掺入之间的相关性。特别地，As_Ga的形成能降低约10%。0.1 eV，反之亦然。这导致（Ga，Mn）As的自补偿行为。
2003-02-10 cond-mat.mtrl-sci
The synthesis and characterization of 1111-type diluted magnetic semiconductors (La1-xSrx)(Zn1-xTMx)AsO (TM = Mn, Fe, Co)
研究了Sr和过渡金属Mn、Fe、Co对直接带隙半导体LaZnAsO的掺杂效应。研究结果表明，当掺杂量达到x = 0.1时，（La 1-xSrx）（Zn 1-xTMx）AsO（TM = Mn，Fe，Co）仍保持单相ZrCuSiAs型四方晶系结构.当系统保持半导体时，用Sr和Mn掺杂导致TC ~ 30 K的铁磁有序，并且用Sr和Fe掺杂导致在低于~ 6 K的自旋玻璃状状态，饱和磁矩为~0.02 μ B/Fe，比Sr和Mn掺杂样品的~0.4 μ B/Mn小一个数量级。相同类型的磁性状态既没有观察到（Zn，Fe）取代没有载流子掺杂，也没有Sr和Co掺杂的标本。
2013-11-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Origin and Enhancement of Spin Polarization Current in Diluted Magnetic Oxides by Oxygen Vacancies and Nano Grain Size
自旋极化电流是稀磁氧化物的主要组成部分，因为它在自旋电子学器件中具有潜在的操纵作用。然而，大多数研究都集中在铁磁特性，而不是电流的极化，因为直接测量是困难的，自旋极化电流的起源还没有完全理解。提高自旋极化电流百分比的方法在目前情况下是不可行的。针对这一问题，本文重点研究了室温下在还原气氛[Ar +（1% ~ 30%）H2]中生长的Co掺杂ZnO薄膜中氧空位和纳米晶粒尺寸对自旋极化电流的影响。我们发现，电导率的增加，通过两个独立的渠道：局域态内的可变范围跳跃（VRH）和在导带中的巡回运输的氧空位的增加。Andreev反射测量证明了VRH导电等效于自旋极化电流。输运测量表明，提高VRH含量或自旋极化电流百分比的最佳途径是增加氧空位浓度，减小薄膜的晶粒尺寸和晶格常数。
2015-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Kinetic exchange vs. room temperature ferromagnetism in diluted magnetic semiconductors
在内部参考规则和III-V族和II-VI族稀磁半导体中已知的能带偏移的指导下，我们讨论了获得载流子感生铁磁性所需的p型导电性的可行性，以及浅杂质掺杂可能导致双交换驱动的铁磁性的情况。我们考虑了动力学交换对p-d杂化、磁性离子的电子构型以及主体材料的价带与磁性离子之间的电荷转移能量的依赖性。在Mn基II-VI族化合物中，空穴诱导铁磁性需要受主掺杂。然而，对于一些Mn-、Fe-或Co-基III-V磁性半导体，后者是可能的而没有任何掺杂。在Fe或Co的氮化物中，当存在受主掺杂时，可望产生T_C> 300 K的载流子诱导铁磁性。
2002-01-02 cond-mat.mtrl-sci
A new diluted magnetic semiconductor: The half-metallic ferromagnet CoTi(1-x)FexSb
具有18个价电子的半赫斯勒化合物是半导电的。它将表明，掺杂电子的结果在半金属铁磁体，类似于稀释的半导体的情况。CoTiSb是一种半导体半赫斯勒化合物。通过Fe掺杂预期导致铁磁有序。X射线粉末衍射结果表明，Fe可替代Ti约10%，而其晶体结构仍为C1 b。SQUID测磁结果表明，在5 K时，每个晶胞的磁矩为0.32 mB。
2006-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Diluted Oxide Interfaces with Tunable Ground States
两种氧化物绝缘体之间的金属界面，如LaAlO 3/SrTiO 3（LAO/STO），为电子学和自旋电子学提供了新的机会。然而，由于存在多个轨道布居，定制的界面性质，如基态和金属-绝缘体转变仍然具有挑战性。在这里，我们报告了一个不可预见的可调性的相图LAO/STO合金LAO与铁磁性的LaMnO 3绝缘体，而不形成晶格无序，并在同一时间不改变系统的极性。通过增加Mn掺杂量x，LaAl_（1-x）Mn_xO_3/STO界面在x = 0.225处发生Lifshitz转变，临界载流子密度nc= 2.8E13 cm-2，超导转变温度峰值TSC =255 mK。此外，LaAl 1-xMnxO 3在x >=0.25时变成铁磁性。值得注意的是，在x = 0.3时，金属界面仅由dxy电子填充，并且就在它变得绝缘之前，我们可重复地实现了具有超导性和明显的异常霍尔效应的特征的相同器件。这提供了一种独特而有效的方法来定制氧化物界面，用于设计按需电子和自旋电子器件。
2019-01-15 cond-mat.mtrl-sci
(La1-xBax)(Zn1-xMnx)AsO: A Two Dimensional "1111" Diluted Magnetic Semiconductor in Bulk Form
本文报道了具有与“1111”FeAs超导体相同层状晶体结构的体相稀磁半导体（La_（1-x）Ba_x）（Zn_（1-x）Mn_x）AsO（0 <= x <= 0.2）的合成和表征。在没有电荷掺杂的情况下，母体化合物LaZnAsO中的（Zn，Mn）取代没有发生铁磁有序。与通过（La，Ba）取代的载流子掺杂一起，少量的Mn取代Zn导致铁磁有序，TC高达~40 K，尽管系统保持半导体。μ子自旋弛豫测量证实了整个体积中铁磁有序的发展，内部场和TC之间的关系与（Ga，Mn）As，“111”Li（Zn，Mn）As和“122”（Ba，K）（Zn，Mn）2As 2系统中发现的趋势一致。
2013-06-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Diluted II-VI Oxide Semiconductors with Multiple Band Gaps
我们报道了一种新的多带隙半导体的实现。采用氧离子注入和脉冲激光熔凝相结合的方法合成了高失配合金Zn_（1-y）MnyOxTe_（1-x）。掺入少量的等价氧导致形成一个狭窄的，氧衍生带的扩展状态位于带隙内的Zn 1-yMnyTe主机。当Zn 0.88 Mn 0.12 Te晶体（带隙为2.32 eV）中只有1.3%的Te原子被氧取代时，得到的能带结构由两个直接带隙组成，带间跃迁在~1.77 eV和2.7 eV处。这种显着的修改的能带结构是很好地描述了带反交叉模型，其中氧衍生的带和导带之间的相互作用被认为是。Zn 1-yMnyOxTe 1-x具有多个带隙，属于太阳能光谱，是一种完全满足单结光电转换条件的材料，其功率转换效率可能超过50%。
2003-09-20 cond-mat.mtrl-sci
(Sr,Na)(Zn,Mn)2As2: A new diluted ferromagnetic semiconductor with the hexagonal CaAl2Si2 type structure
报道了一种新的稀磁半导体（Sr，Na）（Zn，Mn）_2As_2，它通过Sr/Na和Zn/Mn替代分别实现了电荷和自旋的解耦，区别于传统的（Ga，Mn）As同时实现了电荷和自旋的解耦.与最近报道的铁磁性（Ba，K）（Zn，Mn）2As 2不同，该材料结晶为六方CaAl 2Si 2型结构。居里温度高达20 K的铁磁性已观察到从磁化。μ子自旋弛豫测量表明，这个新系统的Mn时刻之间的交换相互作用可能是不同的早期DMS系统。该系统为研究稀磁半导体的铁磁性提供了重要手段。
2014-11-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.str-el
Extreme mobility enhancement of two-dimensional electron gases at oxide interfaces via charge transfer induced modulation doping
二维电子气（2DEG）的发现在两个绝缘复合氧化物，如LaAlO 3（LAO）或γ-Al 2 O3（GAO）外延生长在SrTiO 3（STO）1，2之间的界面，提供了一个机会，开发全氧化物电子器件3，4。这些2DEG在复杂的氧化物界面涉及多体相互作用，并产生了丰富的现象5，例如，超导性6，磁性7，8，可调金属-绝缘体过渡9，和相分离10。然而，界面电子迁移率的大幅提高仍然是复杂氧化物的基础和应用研究的主要和长期挑战11 -15。在这里，我们插入一个单一的单元电池绝缘层的极性La 1-xSrxMnO 3（x=0，1/8，和1/3）之间的界面无序LaAlO 3和晶体SrTiO 3在室温下创建。我们发现，界面的2DEG的电子迁移率提高了两个数量级以上。我们的原位和共振X射线光谱，除了透射电子显微镜的结果表明，锰氧化物层进行明确的电子重建，并导致调制掺杂这种原子工程复杂的氧化物异质界面。在低温下，调制掺杂的2DEG表现出清晰的Shubnikov-de Haas振荡和量子霍尔效应的初始表现，展示了前所未有的高迁移率和低电子密度氧化物2DEG系统。这些发现为氧化物电子学开辟了新的途径。
2015-04-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ba(Zn1-2xMnxCox)2As2: A Bulk Form Diluted Magnetic Semiconductor with n-type Carriers
报道了具有122型铁基超导体结构的体相稀磁半导体Ba（Zn_（1 - 2）Mn_xCox）_2As_2（0 ≤ x ≤ 0.15）的合成和表征。Mn和Co共掺杂BaZn_2As_2在TC ~ 80 K以下形成铁磁有序结构。霍尔效应测量表明，载流子为n型，密度约为10^17/cm 3。p型铁磁（Ba 1-yKy）（Zn 1-xMnx）2As 2、n型铁磁Ba（Zn 1 -2xMnxCox）2As 2、反铁磁BaMn 2As 2和超导Ba（Fe 1-xCox）2As 2系统之间的共同晶体结构和良好的晶格匹配使得可以通过As层在这些系统之间形成各种结。
2014-03-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Effect of doping of zinc oxide on the hole mobility of poly(3-hexylthiophene) in hybrid transistors
研究了基于有机聚合物聚3-己基噻吩（P3 HT）和无机氧化锌的混合场效应晶体管。在这份报告中，我们提出的第一个研究混合晶体管采用一个聚合物传输层。溶胶-凝胶处理的ZnO通过Al掺杂在0.8和10原子%之间进行改性，这允许氧化锌性质即电子迁移率和形态的系统变化。随着掺杂水平的增加，我们一方面观察到电子迁移率降低了两个数量级，另一方面掺杂强制执行的氧化锌层，使P3 HT渗透到无机基质的形态变化。X射线反射率（XRR）测量证实了这种显着的变化，在界面形态的各种掺杂水平。我们表明，掺杂的ZnO是一种工具，以调整ZnO/P3 HT混合的电荷传输，使用一个单一的注入金属（金底部接触）的二氧化硅电介质。我们观察到的氧化锌层上的空穴迁移率在P3 HT，我们可以修改通过Al掺杂的ZnO的影响。因此，在具有2at.%掺杂的混合体系中，最大空穴迁移率为5e-4cm^2/Vs。Al掺杂。5at.% Al掺杂导致有机/无机混合系统中的平衡迁移率，但由于高截止电流，也导致小的开/关比。
2010-06-25 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$可行。
2020-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Remote hole-doping of Mott insulators on the nanometer scale
在极性和非极性钙钛矿氧化物之间的界面处，由于电子重构，先前已经观察到不寻常的电子掺杂。我们报告远程空穴掺杂的界面组成的极性层，揭示了高分辨率的硬X射线芯级光电子能谱。在LaAlO 3/LaVO 3/LaAlO 3三层中，随着LaAlO 3盖层厚度的减小，钒的价态系统地从V3+的体价演变到更高的氧化态。这些结果提供了一种合成方法，空穴掺杂过渡金属氧化物异质界面，而不调用极性不连续。
2008-06-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Effect of iron-doping on spin-state transition and ferromagnetism in Pr$_{0.5}$Ca$_{0.5}$CoO$_{3-δ}$ cobalt oxides
对多晶Pr $_{0.5}$ Ca $_{0.5}$ Co $_{1-x}$ Fe $_{x}$ O $_{3-δ}$（$x$ = 0、0.05、0.10和0.15）样品进行电阻率和直流磁化测量。所制备的样品表现出铁磁（FM）转变，转变温度随着铁掺杂量的增加而增加。高氧压退火诱导了\emph{iron-free}样品中Co离子的自旋态转变，并且这种转变随着退火氧压的增加而增强，而高氧压退火抑制了铁磁有序。与\emph{iron-free}样品的情况相反，\emph{iron-doped}样品在高氧压下退火没有引起自旋态转变，并且铁磁转变温度几乎与退火过程无关。\emph{iron-free}样品在高氧压下退火后自旋态转变的增强应归因于晶胞体积的减小。Fe掺杂对自旋态跃迁的抑制与晶胞体积的增大以及Fe-O键比Co-O键强有关。铁掺杂对铁磁性的增强可能源于Fe $^{3+}$和Co $^{4+}$之间通过氧的铁磁交换相互作用（Fe $^{3+}$ -O-Co $^{4+}$）。
2005-09-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Modulation doping to control the high-density electron gas at a polar/non-polar oxide interface
提出了一种调制掺杂方法来控制原型极性/非极性氧化物界面处的高密度电子气的载流子密度。结果表明，通过将GdTiO 3层与Sr合金化，GdTiO 3/SrTiO 3界面处的电子气载流子密度可以从其最大值（~ 3 × 10^14 cm^-2）降低20%。二维电子气的塞贝克系数随着载流子密度的降低而增加。实验结果提供了洞察的起源载流子在氧化物界面表现出极性不连续。
2012-08-28 cond-mat.mtrl-sci
New Diluted Ferromagnetic Semiconductor isostructural to 122 type iron pnictide superconductor with TC up to 180 K
稀磁半导体由于其在自旋电子学器件中的潜在应用而受到广泛关注。自20世纪90年代以来，（Ga，Mn）As原型系统得到了广泛的研究。同时自旋和电荷掺杂通过杂价（Ga 3+，Mn 2+）取代，但是，导致严重有限的溶解度，没有散装标本的可用性。以前，我们合成了一种新的稀释的铁磁半导体体Li（Zn，Mn）As的Tc高达50 K，其中等价的（Zn，Mn）自旋掺杂分离通过Li浓度的电荷控制。本文报道了一种新的稀磁半导体（Ba_（1-x）K_x）（Zn_（1-y）Mn_y）_2As_2的合成，它与铁122系统同构，其中空穴通过（Ba ~（2+），K ~（1+））掺杂，自旋通过（Zn ~（2+），Mn ~（2+））取代。x=0.1-0.3和y=0.05-0.15的体相样品表现出铁磁有序性，其Tc可达180 K，与Ga（MnAs）的高Tc记录相当，明显高于Li（Zn，Mn）As。此外，（Ba，K）（Zn，Mn）_2As_2与半导体BaZn_2As_2、反铁磁BaMn_2As_2和超导（Ba，K）Fe_2As_2具有相同的122晶体结构，这使它们在多层功能器件的开发中具有广阔的应用前景。
2013-03-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el quant-ph
Factors limiting ferroelectric field-effect doping in complex-oxide heterostructures
铁电场效应掺杂已经成为一种强有力的方法来操纵相关氧化物的基态，打开了大门，一类新的场效应器件。然而，这种潜力尚未得到充分利用，因为场效应掺杂的尺寸通常比预期的要小得多。本文通过磁输运、扫描透射电子显微镜和压电响应力显微镜研究了铁电/超导异质结构（YBa_2Cu_3O_（7-δ）/BiFeO_3）中的限制因素。尽管如此，我们发现，他们是有限的摆在首位的不完全铁电开关。这可以解释的存在的优先极化方向设置的原子终端在界面处。更重要的是，我们还发现，场效应载流子掺杂伴随着载流子迁移率的强烈调制。除了通过霍尔测量的场效应的量化不是简单的，这一发现表明，铁电极化产生的相关氧化物通道的结构变化（如带电缺陷或结构扭曲）。这些发现对于理解铁电场效应和进一步增强它们的策略具有重要意义。
2019-08-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Stabilizing polar phases in binary metal oxides by hole doping
最近在二元金属氧化物的亚稳相，如HfO2，ZrO2，Hf0.5Zr0.5O2和Ga2O3中观察到的铁电性引起了很多关注。这些亚稳铁电相通常通过外延生长、合金化或缺陷工程来稳定。在这里，我们提出空穴掺杂在稳定二元金属氧化物中的极性相方面起着关键作用。使用第一性原理密度泛函理论计算，我们表明，这些氧化物中的空穴主要占据两个氧亚晶格之一。这种空穴定位在极性相中比在非极性相中更明显，降低了系统的静电能，并使极性相在足够大的浓度下更稳定。我们证明，这种静电机制是负责稳定的铁电相的HfO2 aliotoxins掺杂的元素，引入空穴的系统，如La和N。最后，我们表明，在HfO2的自发极化是强大的空穴掺杂，和一个大的极化仍然存在，即使在高浓度的空穴。
2023-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Contrary Effect of B and N Doping into Graphene and Graphene Oxide Heterostructures with MoS$_2$ on Interface Function and Hydrogen Evolution
二硫化钼（MoS $_2$）作为一种高效、低成本的制氢光催化剂受到关注，但其电导率低，光生载流子复合率高。在这项工作中，我们研究了MoS $_2$异质结构与石墨烯变体（GV），包括石墨烯，氧化石墨烯，以及它们的硼和氮掺杂的变体，通过使用第一性原理计算。对石墨烯和氧化石墨烯复合材料进行了系统的比较，阐明了B和N掺杂对界面功能和析氢的相反影响。我们发现，在形成的接口的一些量的电子电荷转移从GV侧的MoS $_2$层，诱导界面偶极子的创建和功函数的减少，这是更明显的氧化石墨烯复合材料。此外，我们的研究结果表明，N掺杂通过形成施主型界面态来增强界面功能，而B掺杂通过形成受主型界面态来降低这些功能。然而，B掺杂体系表现出较低的吉布斯自由能差的GV侧的氢吸附比N掺杂体系，这值得考虑在新的功能光催化剂的设计。
2020-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Hole doping in compositionally complex correlated oxide enables tunable exchange biasing
磁界面及其产生的现象推动了现代自旋电子学的设计和基础研究。近年来，研究发现，通过设计结构复杂的熵稳定氧化物的磁阻挫，可以在结构单一的单晶薄膜中产生交换偏置。这消除了在磁响应现象的设计和控制中对复杂异质结构和纳米复合材料的需要。在这项工作中，我们证明了通过孔掺杂的高熵钙钛矿氧化物，可以实现磁响应的调谐。详细的磁强计，我们显示磁耦合表现出各种磁响应，包括交换偏置和反铁磁自旋反转的熵稳定的ABO 3钙钛矿氧化物La 1-xSrx（Cr0.2Mn0.2Fe0.2Co0.2Ni0.2）O3家庭。我们发现，操纵的A-网站的电荷状态可以用来平衡磁相组成和耦合响应。这允许创建高度可调的交换偏置响应。在低Sr掺杂制度中，在反铁磁相边界处产生的自旋受抑区域被示出为直接耦合到膜的反铁磁矩，并作为主导机制出现，导致响应于场偏置的磁化循环的垂直移位。在较高的浓度下，观察到反铁磁和铁磁区域的直接耦合。这种磁耦合的可调谐性进行了讨论，在这三个竞争的磁相的背景下，揭示了关键功能，通过利用自旋挫折和高熵氧化物中的无序设计交换偏置。
2023-03-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Transport and magnetic properties of GdBaCo_{2}O_{5+x} single crystals: A cobalt oxide with square-lattice CoO_2 planes over a wide range of electron and hole doping
用浮区法生长了层状钙钛矿GdBaCo_{2} O_{5+x}（GBCO）的单晶，并在宽氧含量范围内详细研究了它们的输运、磁性和结构特性。所获得的数据用于建立以“母体”化合物GdBaCo_{2} O_{5.5}为中心的富相图--该化合物是Co离子处于3+态的绝缘体。GBCO的一个吸引人的特征是，它允许用电子或空穴精确和连续地掺杂CoO_{2}平面，跨越从50%电子掺杂的电荷有序绝缘体（x=0）到未掺杂的能带绝缘体（x=0.5）的宽范围，并且进一步朝向重空穴掺杂的金属态。这种连续掺杂在热电功率的行为中清楚地表现出来，其随着接近x=0.5而表现出惊人的发散，其中其达到大的绝对值并突然改变其符号。在低温下，掺杂载流子在GBCO中的均匀分布变得不稳定，并且磁性和输运性质都指向有趣的纳米级相分离。我们还发现，在整个组成范围内，GBCO的磁行为受铁磁（FM）和反铁磁（AF）相互作用之间的微妙平衡所控制，这种平衡很容易受到温度、掺杂或磁场的影响，从而导致FM-AF转变和巨磁电阻（MR）现象。一个非常强的单轴各向异性的Co自旋，这大大简化了可能的自旋安排，连同连续双极掺杂的可能性，把GBCO成为一个模型系统，用于研究竞争的磁相互作用，纳米级相分离和伴随的磁阻现象。
2005-01-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Carrier-mediated antiferromagnetic interlayer exchange coupling in diluted magnetic semiconductor multilayers Ga$_{1-x}$Mn$_x$As/GaAs:Be
我们用中子反射法研究了Ga $_{0.97}$ Mn $_{0.03}$ As铁磁半导体层间的层间交换耦合。极化中子反射率测量低于居里温度的Ga $_{0.97}$ Mn $_{0.03}$ As揭示了一个特征分裂波矢量对应的两倍的多层周期，表明铁磁层之间的耦合是反铁磁（AFM）。当施加的场增加到饱和场以上时，这种AFM耦合被抑制。当间隔物未掺杂时，未观察到这种行为，这表明所观察到的AFM耦合是由通过Be掺杂引入的载流子介导的。多层膜的磁化行为的直流磁强计测量结果与中子反射仪的结果是一致的。
2008-09-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Metal-to-insulator transition in oxide semimetals by anion doping
本文通过原位阴离子掺杂在氧化物半金属SrNbO3中实现金属-绝缘体转变，氮掺杂使室温电阻率提升超三个数量级，第一性原理计算表明氮浓度达1/3时导带上移导致转变，揭示了阴离子工程调控拓扑半金属物性的潜力。
2023-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Strain Doping: Reversible Single-Axis Control of a Complex Oxide Lattice via Helium Implantation
我们使用氦离子注入独立控制外延La0.7Sr0.3MnO3薄膜的面外晶格常数，而不改变面内晶格常数。该过程通过真空退火是可逆的。电阻和磁化强度的测量表明，即使面外晶格常数增加不到1%，也会使金属-绝缘体转变和居里温度偏移100 °C以上。与传统的外延为基础的应变调谐方法，不仅受到泊松效应，但由有限的一组可用的基板，本研究表明，应变可以独立地和连续地控制沿一个单一的轴。这允许通过Jahn-Teller效应对轨道种群进行新的控制，如双交换模型上的蒙特卡罗模拟所示。可逆控制单个晶格参数的能力大大拓宽了预测模型实验探索的相空间，并为控制材料的功能特性带来了新的可能性。
2015-06-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The Crossover from Impurity to Valence Band in Diluted Magnetic Semiconductors: The Role of the Coulomb Attraction by Acceptor
在考虑载流子与磁性杂质之间的库仑吸引力的情况下，系统地研究了稀磁半导体（DMS）模型中杂质带（IB）与价带（VB）区之间的交叉与磁性杂质浓度的关系.采用动力学平均场论（DMFT）和蒙特卡罗（MC）方法计算了自旋-费米子模型应用于DMS的态密度和铁磁转变温度。它示出的是，除了一个方阱样的吸引力的潜力可以产生一个IB在足够小的Mn掺杂$x$的值的$p-d$交换$J$是不够强，以产生一个由自己。我们观察到当$x >= x_c$时IB与VB合并，其中$x_c$是$J$和库仑吸引强度$V$的函数。使用MC计算，我们证明了库仑吸引力的范围起着重要的作用。虽然已经在先前的数值模拟中使用的现场吸引力对于$x$的所有值有效地重新归一化$J$，但是非物理结果，最近邻范围吸引力仅在非常低的掺杂下重新归一化$J$，即，直到束缚空穴波函数开始重叠。因此，我们的研究结果表明，库仑吸引力可以被忽略，以研究Mn掺杂的GaSb，GaAs和GaP在相关的掺杂制度，但它应该包括在Mn掺杂的GAN的情况下，预计将在IB制度。
2007-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Electronic self-doping of Mo-states in A2FeMoO6 (A=Ca, Sr and Ba) half-metallic ferromagnets - a Nuclear Magnetic Resonance study
本文用~（95）、~（97）Mo和~（57）Fe核磁共振谱对（A，A '）_2FeMoO_6（A，A'= Ca，Sr，Ba）双钙钛矿结构铁磁氧化物进行了系统的研究。这些氧化物是等电子的，但具有显著不同的居里温度。核磁共振分析提供了明确的证据表明，在钼网站的磁矩是不恒定的，但变化敏感的碱性离子的离子大小。发现Ba和Ca中的95，97 Mo频率以及Mo离子处的电子电荷比Sr基氧化物中的小。从Mo位的电荷释放伴随着在Fe位的吸收，因此观察到自掺杂Fe-Mo过程。这一过程是由相关的结构参数控制：Fe-O-Mo键长和弯曲。居里温度和磁矩之间的明确关系，从而在钼位的电子密度已被披露。这些研究结果的相关性的理解双钙钛矿铁磁耦合进行了讨论。
2004-06-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Theory of carrier mediated ferromagnetism in dilute magnetic oxides
根据文献报道的实验证据，我们分析了稀磁氧化物半导体中载流子介导的铁磁性的起源。我们提出，在较低的温度和Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida铁磁性在较高的温度下的磁极化子的渗流相结合，可能是非常高的临界温度测量（高达~700 K）的原因。
2006-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Influence of doping on the properties of vanadium oxide gel films
研究了H、W掺杂对V_2O_5凝胶中V_2O_5和VO_2性质的影响。结果表明，V2 O 5在低温RF氢等离子体中处理1至10分钟导致五氧化二钒的水合或其还原（取决于处理条件）为较低的钒氧化物。在放电活性区进行等离子体处理的样品中，电阻随温度的变化具有非寻常的特性，在T ~ 100 K处有一个最大值。对于掺W的VO_2薄膜，结果表明，用W ~（6+）取代V ~（4+）导致金属-绝缘体转变温度降低。此外，它已被证明，掺杂的初始膜与~3原子%，W的加入减小了基于V_2O_5凝胶膜的S型I-V特性开关器件阈值参数的统计离散性。
2020-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Hole concentration in a diluted ferromagnetic semiconductor
本文用平均场方法研究了Ⅲ-Ⅴ族Mn基半导体化合物中空穴介导的铁磁性，讨论了Ga_{1-x} Mn_xAs中Mn位密度对空穴密度的依赖关系.空穴浓度p作为Mn位分数x的函数，用m* J_{pd} ^2（其中m* 是空穴有效质量，J_{pd}是近藤型空穴/局域矩耦合）和临界温度Tc的乘积来参数化。通过使用这些量的实验数据，我们已经建立了依赖性的空穴浓度与x，这可以与发生在空穴气体中的重入金属-绝缘体转变。我们还计算了Mn的磁化强度与x的依赖关系，对于不同的温度（T），并发现随着T的增加，组成依赖的磁化强度的宽度急剧下降，磁化强度的最大值也下降，表明需要在稀磁半导体器件中的Mn掺杂成分的质量控制。
2002-01-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Properties of high-T$_C$ copper oxides from the nearly-free electron model
采用近似自由电子模型（NFE），在二维（2-D）范围内模拟了高温$_C$铜氧化物的能带结构。声子与自旋波的相互作用会产生势调制和赝能隙，调制的强度与波长和掺杂有关。动态自旋/声子波的费米面“弧”。两种极限掺杂之间的超导电性限制可能是低掺杂时与赝能隙竞争以及高掺杂时与弱耦合竞争的结果。
2007-07-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Charge transfer across transition metal oxide interfaces: emergent conductance and new electronic structure
采用密度泛函理论和动力学平均场论计算方法研究了由钒酸盐和锰氧化物钙钛矿和Ruddlesden-Popper结构材料交替层组成的人工超晶格中的栅内电荷转移。我们发现，钒和锰之间的电负性差异导致适度的电荷转移从VO 2到MnO 2层中的钙钛矿和Ruddlesden-Popper基超晶格，导致空穴掺杂的VO 2层和电子掺杂的MnO 2层。比较钙钛矿和Ruddlesden-Popper基异质结构提供了对顶端氧的作用的见解。我们的第一性原理模拟表明，异质结构提供的内部电荷转移和量子限制的组合是一种强有力的方法来设计过渡金属氧化物的电子结构和定制相关效应。
2015-01-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Irreversibility and time relaxation in electrostatic doping of oxide interfaces
绝缘氧化物界面量子阱中的二维电子气（2DEG）具有丰富的物理性质，具有超导、磁性等多种电子学性质，因而受到人们的广泛关注。这些异质结构的一个特别令人兴奋的特征在于通过静电门控控制其电子特性的可能性，为基于氧化物的电子学的发展开辟了新的机会。然而，无法解释的门控滞后和时间弛豫的2DEG电阻率已被报道在一些偏置范围内，提高了栅极电压的精确作用的问题。在这里，我们表明，在LaTiO 3/SrTiO 3和LaAlO 3/SrTiO 3异质结构，填充阈值以上，电子不可逆地逃逸出的井。这种机制，这是直接负责的滞后和时间松弛，可以完全描述了一个简单的分析模型，在这封信中。我们的结果突出了栅极电压对量子阱的形状和填充的关键作用。他们还表明，它是可能的，以实现低载流子密度制度在半导体极限，而高载流子密度制度本质上是有限的。
2012-06-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Dielectric/semiconductor interfacial doping to develop solution processed high performance 1 V ambipolar oxide-transistor and its application as CMOS inverter
从SnO 2薄膜晶体管（TFT）的电介质/半导体界面的p型掺杂已被用于开发高载流子迁移率平衡的双极氧化物晶体管。为了引入这种界面掺杂，已经通过使用两种不同的含有三价原子的离子导电氧化物半导体来制造底栅顶接触TFT。这两种离子导电材料分别是LiInO_2和LiGaO_2，含有可移动的Li+离子。在离子电介质顶部上的SnO 2薄膜制造期间，这些三价原子允许对界面SnO 2层进行p掺杂以在TFT的沟道中引入空穴传导。为了实现这种界面掺杂现象，在含有二价锌（Zn）原子的相同条件下，用Li 2 ZnO 2电介质制造了参考TFT。我们的比较电气数据表明，TFT与LilnO 2和LiGaO 2电介质是双极性的性质，而与Li 2 ZnO 2电介质的TFT是一个单极n沟道晶体管，揭示了界面掺杂的SnO 2。最有趣的是，通过使用LilnO 2电介质，我们能够制造1.0 V平衡双极TFT，其具有分别为7 cm 2 V-1 s-1和8 cm 2 V-1 s-1的高电子和空穴迁移率值，两种操作的开/关比>102，其已用于低压CMOS反相器制造。
2020-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Late transition-metal oxides with infinite-layer structure: Nickelates versus cuprates
比较了无限层化合物NdNiO $_2$和SrCuO $_2$在化学计量比和有限空穴掺杂下的相关电子结构。关键的区别是阐明从先进的第一性原理多体的角度来看。与电荷转移绝缘铜酸盐相反，即使对于大的相互作用强度，自掺杂镍酸盐也保持非绝缘，尽管Ni- $d_{x^2-y^2}$光谱权重在该极限中也有缺口。Ni $(3d)$和Nd $(5d)$之间的杂化对于自掺杂带的出现是至关重要的。在实际的空穴掺杂后，Sr $_{1-y}$ CuO $_2$在低能量下显示出预期的混合氧-Cu- $d_{x^2-y^2}$（Zhang-Rice）态。在Nd $_{1-x}$ Sr $_x$ NiO $_2$的情况下，自掺杂带被转移到更高的能量和掺杂依赖的$d_{z^2}$ -与- $d_{x^2-y^2}$竞争镍被揭示。在无限层镍酸盐中缺乏显著的张-赖斯物理学，这可能与理解超导$T_{\rm c}$的显著差异有关。
2020-03-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Epitaxy and Magneto-transport properties of the diluted magnetic semiconductor p- Be(1-x)MnxTe
本文报道了一种新型铁磁稀磁半导体p型BeMnTe的分子束外延生长及其磁输运性质。采用固体源分子束外延技术，可以生长出与GaAs晶格匹配的BeMnTe薄膜结构，其Mn浓度可达10%。通过使用RF等离子体源可以实现氮的高p型掺杂。BeMnTe和BeTe层的特征在于磁输运测量。在低温下，BeMnTe样品表现出很大的反常霍尔效应。在最重掺杂的样品中，在2.5K以下出现反常霍尔效应的滞后，这表明铁磁相的发生。
2001-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Local doping of an oxide semiconductor by voltage-driven splitting of anti-Frenkel defects
本研究通过施加直流电压驱动反弗伦克尔缺陷分裂，在Er(Mn,Ti)O₃中实现局部受主和施主掺杂，形成稳定纳米级p型和n型区域，为氧化物半导体的纳米尺度临时功能化及相关电子学领域发展提供新途径。
2025-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Increased hole mobility in anti-ThCr$_2$Si$_2$-type La$_2$O$_2$Bi co-sintered with alkaline earth metal oxides for oxygen intercalation and hole carrier doping
具有Bi正方形网的金属反ThCr $_2$ Si $_2$型$RE_2$ O $_2$ Bi（$RE$ =稀土）显示出超导性，而绝缘La $_2$ O $_2$ Bi通过氧嵌入扩展c轴长度而显示出高空穴迁移率。在这项研究中，碱土金属氧化物（CaO，SrO和BaO）与La $_2$ O $_2$ Bi共烧结。在La $_2$ O $_2$ Bi中，CaO和BaO充当氧嵌入剂，而不掺入Ca和Ba。另一方面，SrO不仅作为氧嵌入剂，而且通过在La $_2$ O $_2$ Bi中用La取代Sr而作为空穴掺杂剂。氧嵌入和空穴掺杂导致c轴长度的扩展，有助于改善导电性。此外，在La $_2$ O $_2$ Bi中，空穴迁移率提高到150 cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$，这几乎是先前研究中迁移率的两倍。
2021-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Simultaneous Nitrogen-Doping and Reduction of Graphene Oxide
我们开发了一种简单的化学方法，通过在氨中对GO进行热退火来获得大量的N掺杂的还原氧化石墨烯（GO）片。X射线光电子能谱学（XPS）研究表明，在300 ℃的低温下，GO片中的N掺杂量最高，在500 ℃时达到约5%N。N掺杂伴随着GO的还原，其中氧水平从所制备的GO中的~28%下降到1100 C NH3反应的GO中的~2%。掺杂的GO的N结合构型的XPS分析在掺杂的样品中发现吡啶N，在较高温度（> 90 ℃）下退火的GO中具有增加的季N（取代石墨烯平面中的碳原子的N）。发现GO中的氧基团负责与NH3和C-N键形成的反应。通过在H2中热退火的具有较少氧基团的预还原GO表现出与NH3的反应性大大降低和较低的N掺杂水平。单个GO片器件的电测量表明，在NH3中退火的GO比在H2中退火的GO表现出更高的电导率，表明通过在NH3中退火比在H2中退火更有效地还原GO，与XPS数据一致。在三端器件中，N掺杂的还原GO在负栅压下显示出明显的n型电子掺杂行为，具有狄拉克点（DP）。我们的方法可以导致大量的N-掺杂的，还原的GO片的合成，可用于各种实际应用。
2009-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Third Harmonic Generation And Photoluminescence Measurements in Zinc Oxide And Aluminum doped Zinc Oxide Thin Films Grown by Atomic Layer Deposition
本文实验研究原子层沉积掺铝氧化锌薄膜的禁带、波长依赖三次谐波与单光子光致发光，发现最高4%弱掺杂可使三阶非线性响应较未掺杂样品数倍增强。
2023-04-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
High temperature ferromagnetism of Li-doped vanadium oxide nanotubes
Krusin-Elbaum等人早先报道的掺杂混合价钒氧化物纳米管的令人困惑的高温铁磁性的性质，Nature 431（2004）672，已经通过静态磁化、μ子自旋弛豫、核磁和电子自旋共振光谱技术来解决。通过电化学嵌锂实现了对电荷掺杂的精确控制。我们发现，它提供了多余的电子，从而增加了相互作用的磁性钒网站的数量，并在一定的掺杂水平，产生持续到室温的铁磁响应。因此，我们证实了令人惊讶的先前的结果，通过完全不同的插层方法制备的样品。此外，我们的光谱数据提供了第一个充分的证据，大规模的性质的影响。特别是，他们使一个结论，锂成核超顺磁性纳米尺寸的自旋团簇周围的嵌入网站负责不寻常的高温铁磁性的钒氧化物纳米管。
2009-12-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Re-entrant ferromagnetism in a generic class of diluted magnetic semiconductors
考虑半导体中磁性杂质掺杂导致杂质磁矩间载流子感生铁磁交换耦合的一般情况，我们从理论上证明了可能普遍存在三个铁磁转变温度T_1 > T_2 > T_3，其中T_1 > T > T_2和T < T_3存在两个不同的铁磁区。这种在两个铁磁相之间具有顺磁相（T_2 > T > T_3）的有趣的可重入铁磁性是由热激活载流子在空导带中诱导的间接交换与杂质带中由于束缚载流子本身而存在的交换耦合之间的微妙竞争产生的。我们评论的可能性，观察这样的重入现象在稀磁半导体和磁性氧化物。
2006-11-14 cond-mat.mtrl-sci
First-principles theory of doping in layered oxide electrode materials
在锂离子电池电极材料LiMO $_2$（M = Co，Ni，Mn）中掺杂杂质是优化其电化学性能的有效途径。在这里，我们报告了详细的第一性原理研究层状氧化物LiCoO $_2$，LiNiO $_2$，和LiMnO $_2$轻掺杂过渡金属（Fe，Co，Ni，Mn）和非过渡金属（Mg，Al）杂质使用混合密度泛函缺陷计算。我们发现，晶格位置的偏好是依赖于掺杂剂的电荷和自旋状态，这是强烈耦合到本地晶格环境，并可以通过存在的共掺杂剂（S）的影响，和主体化合物的构成元素的相对丰度在合成环境中。在杂质及其与本征点缺陷复合物的结构和能量的基础上，我们确定了所有可能的低能杂质相关缺陷复合物，从而为材料的进一步分析提供了缺陷模型。从材料建模的角度来看，这些轻掺杂的化合物也可作为模型系统，用于理解更复杂的混合金属LiMO $_2$基电池阴极材料。
2017-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Alkali doping of Zn$_{\rm x}$Mg$_{\rm 1-x}$O alloys for $p$-type conductivity
针对超宽带隙氧化物空穴局域化限制$p$型导电的难题，本文发现碱金属掺杂的岩盐矿结构Zn$_{\ m x}$Mg$_{\ m 1-x}$O合金具有浅能级受主且不受施主补偿影响，带隙超4 eV，是实现$p$型掺杂的极具前景体系。
2025-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Characterization of spin coated Zn doped cupric oxide thin films
以Cu和Zn为原料，采用旋涂法制备了Zn 2+掺杂的氧化铜（CuO）薄膜。改变旋涂的速度和持续时间以制造具有所需均匀厚度的膜。随后在空气中在不同的退火温度下对样品进行退火以使CuO相结晶。Zn 2+的掺杂浓度变化至10%的重量百分比。利用X射线衍射技术测定了样品的结构性质。利用XRD图谱测定了不同掺杂浓度下的颗粒尺寸、位错密度和应变。用紫外可见分光光度计测定了其光学性质。通过掺杂微量的Zn ~（2+）可以对CuO的光学带隙进行调控。光学带隙随颗粒尺寸的增大而减小。颗粒尺寸、位错密度、应变和光学带隙在掺杂浓度为6%附近有一个转折点。
2018-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Itinerant Ferromagnetism in Hole-doped Transition Metal Oxides: Beyond the Canonical Double Exchange Mechanism
本文通过第一性原理计算研究空穴掺杂LaCrAsO，发现巡游铁磁性在低掺杂和高掺杂下均稳健存在，并揭示负电荷转移能态可产生比经典双交换机制更强的铁磁性。
2023-05-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
