Real-space study of the optical absorption in alternative phases of silicon
我们介绍了一个实空间的方法来了解光学吸收和晶体结构之间的关系。我们将这种方法应用于硅的替代相，重点是Si $_{20}$晶相作为案例研究。我们发现，约83%的变化，在Si $_{20}$中计算的低能量吸收相比，在金刚石结构中的Si可以归因于减少之间的差异的现场的成键和反键轨道的能量，以及增加特定的Si-Si键的跳跃积分。
2017-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Infrared spectroscopy of silicon for applications in astronomy
这项工作的重点是使用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和光栅光谱仪的各种体硅（Si）样品的表征，以使它们适合在天文学中的应用。不同的样品在不同的杂质浓度，其特征在于通过测量其在红外区的透射率。鉴别了由杂质吸收引起的各种谱线，并给出了杂质吸收的温度依赖性。掺杂样品的浓度（rho ~ 0.2 - 25000 Ohm cm）由低温下的杂质吸收和300 K下的Drude自由载流子吸收确定。
2018-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Saturable absorption in highly excited silicon and its suppression at the surface
通过第一性原理计算揭示了激光辐照硅中泡利阻塞导致的可饱和吸收现象，并发现表面因对称性破缺可抑制该效应。
2024-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Explaining the x-ray nonlinear susceptibility of diamond and silicon near absorption edges
我们报道了金刚石$K$吸收边和硅晶体$L_{23}$吸收边的参量下转换非线性极化率的观测结果和理论解释。使用类似的参数调用成功地预测共振非弹性X射线光谱，我们推导出的非线性磁化率在X射线边缘，这可以通过使用原子散射因子$f_1$的第一性原理计算的重正化项的表达式。我们的模型再现所观察到的增强金刚石$K$和Si $L_{23}$边缘的参数下转换，而不是先前声称的抑制。
2015-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Optical absorption of silicon nanowires
我们报告的模拟和测量的光吸收的硅纳米线（NW）与其直径。我们首先解决基于两种不同的理论方法的光吸收的模拟：第一个，基于格林函数形式主义，是有用的计算一个单一的或有限的一组纳米线的散射和吸收特性。第二种方法是基于时域有限差分（FDTD）方法，适用于处理周期性的纳米线。在这两种情况下，发现随着直径的增加，吸收的起始能量增加。这种效果的实验说明，当光电导测量上进行连接在一组几个电极之间的单个锥形Si纳米线。纳米线直径的增加揭示了光电流强度峰朝向较低光子能量的光谱偏移，这允许将吸收起始从紫外辐射调谐到可见光光谱。
2012-09-17 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
Room-temperature near-infrared silicon carbide nanocrystalline emitters based on optically aligned spin defects
块体碳化硅（SiC）是一种在生物应用和量子传感方面具有广阔应用前景的材料体系。然而，由于大的禁带能隙，其光学活性超出了用于体内成像和光纤通信的近红外光谱窗口。在这里，我们报告的SiC纳米晶体的制造和隔离不同的纳米级分的范围从600 nm到60 nm的大小。结构分析揭示了最小的纳米晶体进一步碎裂成ca。10纳米大小的高结晶质量的集群，由非晶化区域分开。我们使用中子辐照来产生硅空位，展示近红外光致发光。最后，我们检测到，第一次，这些硅空位托管在SiC纳米晶体的室温自旋共振。这开辟了有趣的前景，不仅将它们用作体内发光标记，而且还用作磁场和温度传感器，允许监测各种物理，化学和生物过程。
2014-09-02 cond-mat.mtrl-sci
A Model for the Optical Absorption in Pororus Silicon
本文报道了多孔硅的光吸收特性。假设多孔硅是一个具有带隙分布的准一维材料系统，我们模拟了吸收过程。我们表明，为了解释吸收，我们特别需要调用-（a）k是不保守的光学跃迁，（b）这些跃迁的振子强度取决于吸收发生的纳米结构的大小和（c）带隙的分布显着影响的光吸收。我们还表明，它是不可能的提取多孔硅的带隙从$\sqrt{α\hbarω}$与$\hbarω$的图。
1999-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Near infrared light amplification in Gold diffused Silicon-on-Insulator waveguides
我们报道了可见光泵浦下金扩散绝缘体上硅波导的近红外光放大。在波长为1.55微米的光载波上测得大于30 dB/cm的增益
2016-11-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Inert gas as electronic impurity in semiconductors: The case for active infrared absorption in silicon
本研究发现激光脉冲照射的硅中可长期保留高剂量氩，并揭示氩锁定空位缺陷通过空间排斥和振动调制缺陷态产生强红外吸收，为硅基非异质外延光子探测器提供主动红外吸收源。
2023-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Possible atomic structures for the sub-bandgap absorption of chalcogen hyperdoped silicon
采用离子注入和纳秒激光熔凝的方法分别对单晶硅进行了硫、硒、碲元素的超掺杂。这种硫族元素的超掺杂赋予处理后的硅强而宽的亚带隙光吸收率。然而，当这些高掺杂硅在低温（如200~400 ℃）下热退火时，这种额外的亚带隙吸收率开始衰减。为了解释这种吸收率的衰减，我们认为它对应于从光吸收结构到非吸收结构的化学分解反应，并通过使用Arrhenius方程获得了对衰减的吸收率的很好的拟合。此外，我们从拟合中提取反应活化能，它们分别为0.343（+/-0.031）eV的S-，0.426（+/-0.042）eV的Se-，和0.317（+/-0.033）eV的Te-超掺杂硅。根据硫族元素-硅亚稳键的键能讨论了这些激活能，并指出硫族元素超掺杂硅亚带隙吸收的原子结构很可能是几个高能间隙位而不是取代位.
2015-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Infrared absorption property of silicon carbide-silica nanocables synthesized by ethanol pyrolysis
提出了一种可控合成SiC-SiO $_{2}$纳米电缆的方法。通过调节Ar稀释气体和乙醇前驱体的流量比，改变SiC核的直径和SiO $_{2}$壳的厚度。傅立叶变换红外光谱（FTIR）谱图显示，随着流量的增加，1137 cm $^{-1}$峰增强。该峰被认为是源于SiO $_{2}$壳的高度无序的表面结构，其随着流量的增加而增强。FTIR谱图显示出910 cm的$^{-1}$峰，该峰是由p极化场激发的SiC纳米结构中的表面声子共振引起的。
2015-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic defects in silicon carbide LED as a perspective room temperature single photon source in near infrared
单光子的产生已经在几个系统中得到证实。然而，它们中没有一个满足实际应用所需的所有条件，例如室温功能性、电信波长操作、高效率。在这里，我们报告的发光二极管（LED）的制造基于碳化硅（SiC）中的本征缺陷。为了制造我们的设备，我们使用了标准的半导体制造技术与高能电子辐照相结合。我们的LED的室温电致发光（EL）揭示了可见光和近红外（NIR）中的两个强发射带，与两种不同的本征缺陷相关联。由于这些缺陷可以在低甚至单个缺陷水平下产生，因此我们的方法可以用于实现用于量子通信和信息处理的电驱动单光子源。
2012-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Absorption enhancement in amorphous silicon photonic crystals for thin film photovoltaic solar cells
我们报道了通过对光子晶体结构进行能带工程，可以极大地增强薄层的吸收。我们实现了非晶硅（aSi）光子晶体，其中慢光模式提高吸收效率。我们通过模拟表明，预期aSi膜的吸收增加了1.5倍。该建议，然后验证了实验演示，显示了一个重要的增加的吸收层的aSi在0.32-0.76微米的光谱范围。
2009-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast hot carrier relaxation in silicon monitored by phase-resolved transient absorption spectroscopy
采用基于相位分辨瞬态吸收光谱的少周期光脉冲方法，研究了硅（100）中热载流子的弛豫动力学。在低于5 fs的光脉冲激发下，强烈的电子-声子耦合导致了时间常数为10 fs的超快动量弛豫。热载流子的热化发生在150 fs的时间常数上，从Drude模型中提取的碰撞时间的时间演化中可见。我们发现增加的碰撞时间从3 fs的最短的时间尺度与饱和度在约18 fs。此外，热载流子系综的光学有效质量也在超快时间尺度上演化，具有从0.7 $m_e$到约0.125 $m_e$的双指数减小以及4 fs和58 fs的时间常数。电子质量动力学以及动量，能量和碰撞散射时间与前所未有的时间分辨率的信息是重要的所有热载流子光电子器件。
2021-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Photoelectric absorption cross section of silicon near the band gap from room temperature to sub-Kelvin temperature
使用低温硅作为暗物质搜索的探测器介质越来越受欢迎。这些搜索中的许多搜索高度依赖于硅在低温下的光电吸收截面的值，特别是在硅带隙能量附近，其中搜索对低质量暗物质候选者最敏感。虽然这样的截面数据一直缺乏从文献中，以前的暗物质搜索实验试图估计这一参数外推它从更高的温度数据。然而，高温数据的差异导致了外推的数量级差异。在本文中，我们解决了这些差异，通过使用一种新的技术，使一个直接的，低温测量的光电吸收截面的硅在带隙附近的能量。
2020-10-29 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Near-infrared and Mid-infrared Light Emission of Boron-doped Crystalline Silicon
本文针对硅基发光器件室温效率低的问题，提出深度冷却工艺，在硼掺杂晶体硅中实现近红外与中红外双光子发射，并发现反偏二极管发光显著增强，为硅基集成红外光源提供了新途径。
2024-01-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Engineering near infrared single photon emitters in ultrapure silicon carbide
晶格中的量子发射体是量子信息处理、安全网络和纳米传感的极具吸引力的候选者。对于这些应用中的许多应用，有必要控制具有长自旋相干时间的单个发射器。这种单量子系统已经使用量子点、钻石中的色心、纳米结构和分子中的掺杂剂来实现。最近，已经在碳化硅（SiC）中识别出具有微秒量级的自旋移相时间和室温光学可检测的磁共振的系综发射器，碳化硅是与最新的半导体器件技术高度兼容的化合物。然而，到目前为止，在单发射极水平上的SiC中的这种自旋中心的工程仍然难以捉摸。在这里，我们证明了控制的自旋中心密度在超纯SiC超过8个数量级，从低于$10^{9}$以上$10^{16} \,$厘米$^{-3}$使用中子照射。对于低辐照剂量，可以清楚地分离出完全光稳定的室温近红外（NIR）单光子发射体，证明即使在$10^{14}$激发循环后也没有漂白。基于它们的光谱指纹，这些中心被识别为硅空位，其可以潜在地用作量子比特、自旋传感器和微波激射放大器。
2014-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Infrared carpet cloak designed with uniform silicon grating structure
通过一个特别选择的坐标变换，我们提出了一个光学地毯斗篷，只需要均匀的各向异性介质材料。所提出的隐身衣可以很容易地模仿和实现的各向同性的交替层。为了证明隐身性能，我们设计了一个二维版本，在绝缘体上硅晶片上制造的均匀硅光栅结构可以作为红外地毯斗篷。该隐身衣已通过全波电磁仿真验证，非共振特性也使波长范围从1372到2000 nm的宽带隐身成为可能。
2009-10-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast Energy Absorption in Silicon Controlled by Two-Color Double Pulses
The University of Tokyo（东京大学）；National Institutes for Quantum Science and Technology（量子科学技术研究机构）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology（产业技术综合研究所）
研究通过双色双脉冲调控硅中能量吸收机制，揭示不同强度和波长组合对能量吸收的影响，发现电子非平衡态对激发过程的调控作用。
2026-04-28 cond-mat.mtrl-sci
A Model for the Optical Absorption in Porous Silicon Quantum Wires
本文分析了多孔硅的光吸收特性。这是第一次尝试明确证明，不可能从平方根（α h nu）与（h nu）的Tauc图中提取这种低维纳米结构（如多孔硅）的带隙。这些反对意见也是有效的其他降维系统，如量子线和量子点等，所以我们模拟的吸收过程假设多孔硅是一个伪一维材料系统具有带隙的分布。我们表明，为了解释吸收，我们特别需要调用-（a）k是不保守的光学跃迁，（b）这些跃迁的振子强度取决于吸收发生的纳米结构的大小和（c）带隙的分布显着影响的光吸收。一个自然的解释多孔硅中的吸收的温度依赖性也遵循从我们的模型。我们还表明，孔隙率可以推断非破坏性的低吸收区域的透射测量。我们可以很容易地推广我们的方程，并使用它们来分析其他低维材料的吸收过程。
1999-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Tentative demonstration of all-silicon photodetector: from near-infrared to mid-infrared
本文通过选择性激光退火制备全硅光电探测器，覆盖近红外至中红外波段，发现III/XII复合物和IV相分别呈负、正光导，并构建可调同质结，扩展了亚稳态硅在光电子领域的应用。
2025-08-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical Absorption Characteristics of Silicon Nanowires for Photovoltaic Applications
太阳能电池作为未来清洁可再生能源的潜在来源引起了人们的极大兴趣。然而，这些能源的大规模部署中的一个大瓶颈仍然是这些转换装置的低效率。最近，纳米结构的使用和量子限制策略已经作为更好的载流子产生和捕获的一般方法。在这篇文章中，我们提出了计算的光学特性的纳米线制成的硅。我们的计算表明，这些纳米线形成优良的光电材料，并可能产生高效的光伏器件。
2010-10-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Infrared dielectric properties of low-stress silicon oxide
氧化硅薄膜在光学薄膜和高性能电子线路中起着重要的作用。在远红外和中红外制度的介电函数的估计来自于所观察到的透射光谱为一个常用的低应力氧化硅配方。实验，建模和数值方法用于提取介电函数。
2016-03-15 astro-ph.IM cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical and electrical properties of textured sulfur hyperdoped silicon: a thermal annealing study
当硫元素超掺杂到晶体硅中达到1020 cm-3的过饱和密度时，它可以使硅的亚带隙光吸收从0提高到70%，并具有表面圆顶结构。另一方面，局部Si：S配置，可以有助于强的子带隙吸收仍然是未知的。为了发现这种局域Si：S结构的更多特征，我们对织构化的硫超掺杂硅进行了热退火，并分析了其光学和电学性质的变化。我们发现，这种Si：S结构的复介电常数的虚部在1250 nm到2500 nm的波长范围内几乎是恒定的。
2014-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear absorption and dispersion in fiber-taper-coupled silicon photonic crystal microresonators
提出了一种在锥形标准单模光纤和高Q值、超小模体积硅光子晶体谐振腔之间高效传输光的技术。腔模品质因数为47000，总的光纤腔耦合效率为44%。利用这种高效的腔输入输出通道，研究了光子晶体腔的稳态非线性吸收和色散。在低至250 μW的光纤输入功率下观察到光学双稳，对应于100 μW的下降功率和3fJ的存储腔能量。一个高密度的有效自由载流子寿命为0.5 ns的硅光子晶体谐振器也估计从功率相关的损耗和色散测量。
2004-12-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Efficient infrared sunlight absorbers based on gold-covered, inverted silicon pyramid arrays
本文提出金包覆倒置硅金字塔阵列红外吸收器，通过调控结构参数激发表面等离激元极化激元，并结合FDTD模拟与FTIR测量优化，给出光刻和纳米压印两种可集成制备路线。
2021-09-29 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Infrared dielectric properties of low-stress silicon nitride
氮化硅薄膜在传感器、滤波器和高性能电路中起着重要的作用。在远红外和中红外制度的介电函数的估计来自于所观察到的透射光谱为一个常用的低应力氮化硅配方。实验，建模和数值方法用于提取介电参数的精度约为4%。
2012-09-13 astro-ph.IM cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Probing ultrafast carrier dynamics and nonlinear absorption and refraction in core-shell silicon nanowires
我们研究的弛豫动力学的光生载流子在硅纳米线组成的结晶芯和周围的非晶壳，使用飞秒时间分辨差分反射率和透射光谱在光子能量为3.15 eV和1.57 eV。差分透射率和反射率瞬变的复杂行为是来自纳米线表面和衬底上的晶体芯和非晶硅的混合贡献，其中状态填充和光致吸收的竞争效应支配载流子动力学。在增加光生载流子密度时观察到更快的弛豫速率。独立的实验结果上的结晶蓝宝石上的硅帮助我们在分离的贡献，在纳米线样品中的结晶芯和非晶区域的载流子动力学。此外，在1.57 eV的单束z扫描非线性传输实验中，在开放和封闭的孔径配置产生双光子吸收系数β $ (~3 cm/GW) and nonlinear refraction coefficient \$gamma$（-2.5 × 10 ^-4 cm 2/GW）。
2012-08-21 cond-mat.mes-hall 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
Low-field microwave absorption and magnetoresistance in iron nanostructures grown by electrodeposition on n-type lightly-doped silicon substrates
在本研究中，我们研究了电沉积在轻掺杂（100）n型硅衬底上的铁纳米团簇的磁性、表面形貌和晶体结构。我们的目标是研究Fe/Si横向结构中的自旋注入和探测。在电渗流下获得的样品的特征在于通过磁阻和磁共振测量与循环扫描施加的场，以了解在所产生的样品中的自旋动力学。在磁共振谱中观察到的磁滞现象，加上在非饱和状态下确认低场微波吸收（LFMA）的宽峰的存在，与在磁阻曲线中发现的峰和斜率相关。结果表明，在低阻硅的长距离自旋注入和检测和磁共振技术在这里介绍了作为一个有前途的工具，用于分析电非接触磁阻样品。
2015-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A broadband silicon quarter-wave retarder for far-infrared spectroscopic circular dichroism
红外同步辐射的高亮度、宽光谱覆盖范围和脉冲特性使得能够在吞吐量受限的光学系统下进行时间分辨光谱学，这可以发生在用于通过远红外技术研究电子动力学和回旋共振的高场磁体低温恒温器系统中。磁光谱学的一个自然延伸是感测圆二色性，即材料对左右圆偏振光的光学响应的差异。光谱圆二色性的关键部件是在感兴趣的光谱范围内起作用的消色差1/4波延迟器。我们在这里报告的发展，在高电阻率硅全内反射线延迟器。我们通过区分GaAs在磁场中不同旋向性的电子激发来证明它的性能。这种1/4波长延迟器有望用于许多材料的圆二色性的远红外光谱。
2014-08-07 cond-mat.mes-hall 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
Micrometer-thick, atomically random Si0.06Ge0.90Sn0.04 for silicon-integrated infrared optoelectronics
如果应变和带隙能量可以在SiGeSn半导体中独立设计，那么真正的单片红外光子学平台就触手可及。在此，我们研究了1.5 μ m厚的Si0.06Ge0.90Sn0.04层的结构和光电特性，该层与Si衬底上的Ge几乎晶格匹配。原子水平的研究表明，高结晶质量和均匀的组成，并没有显示出短程有序和集群的迹象。室温下的光谱椭圆偏振和传输测量显示在0.83 eV的直接带隙吸收和降低的间接带隙吸收在较低的能量。Si0.06Ge0.90Sn0.04在室温下工作的光电导器件表现出类似于Si上Ge器件的暗电流和光谱响应度（低于1.5 μm波长为1 A/W），具有可通过合金成分调节的近红外带隙的优点。这些结果强调了SiGeSn半导体在实现硅集成红外光电子学的IV族材料平台方面的相关性。
2022-08-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Laser writing and spin control of near infrared emitters in silicon carbide
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（合肥国家实验室，中国科学技术大学）；Swinburne University of Technology（斯威本科技大学）；Vilnius University（维尔纽斯大学）；RMIT University（皇家墨尔本理工大学）
本文研究了碳化硅中飞秒激光直写色心阵列结合热退火的技术，实现了近电信O波段荧光发射及双空位的光学自旋读出与相干操控，为集成量子光子学提供了室温下保持自旋相干性的明亮近红外发射体。
2024-11-28 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Optical Properties of Amorphous Silicon Quantum Dots(a-Si QDs) with various dot size using Extended Hückel Theory
实验上生长了高质量的非晶硅（a-Si）纳米结构，以研究a-Si中的发光起源和量子限制效应。随着量子结构尺寸的减小，量子限域效应使材料的带隙增大，导致发光和能量吸收发生蓝移。在这里，我们证明了这种效应，使用扩展的休克尔方法计算的基本带隙和光吸收能量的a-Si样品与不同的点尺寸。结果，当点尺寸从2.2减小到1.0 nm时，吸收光谱峰从2.278 eV向更高能量移动到3.856 eV。
2016-07-29 cond-mat.mtrl-sci physics.ed-ph
Study of the V$_2^0$ state in neutron-irradiated silicon using photon-absorption measurements
本文通过光子吸收测量研究了中子辐照n型硅中的中性双空位V$_2^0$态，用Breit-Wigner线型拟合辐照引起的吸收谱，发现210°C退火使其强度减半，而峰位和宽度在meV水平上不随剂量和退火变化。
2023-05-11 cond-mat.mtrl-sci hep-ex
Black phosphorus van der Waals heterostructures light emitting diodes for mid-infrared silicon photonics
基于III-V/II-VI材料的发光二极管（LED）在中红外（中IR）区域具有令人信服的性能，从而实现了广泛的应用，包括环境监测、国防和医疗诊断。正在继续努力通过在硅光子芯片上异质集成中红外发射器来实现片上传感器。但这种方法的采用受到与异质集成过程相关的高成本和界面张力的限制。在这里，黑磷（BP）为基础的范德华（vdW）异质结构被开发为室温LED。演示的设备可以发射线性偏振光，其光谱覆盖了技术上重要的中红外大气窗口（3-4 μ m）。此外，BP LED具有快速的调制速度和出色的稳定性，其峰值非本征量子效率（QE~0.9%）与III-V/II-VI中红外LED相当。通过利用VDW异质结构的可集成性，我们进一步展示了硅光子波导集成BP LED。报道的混合平台为中红外硅光子学带来了巨大的希望。
2020-03-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Erbium-doped WS$_2$ with Down- and Up-Conversion Photoluminescence Integrated on Silicon for Heterojunction Infrared Photodetection
本研究利用稀土元素掺杂策略合成2D WS$_2$:Er纳米片，实现可见至近红外上转换与下转换发光，并构建室温WS$_2$:Er/Si异质结红外光电探测器，有效抑制暗电流，为2D材料异质结红外探测奠定基础。
2023-09-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Systematic First Principles Configuration-Interaction Calculations of Linear Optical Absorption Spectra in Silicon Hydrides : Si$_2$H$_{2n}$ ($n = 1-3$)
我们已经进行了第一性原理电子相关计算采用大基组优化的几何形状，并计算线性光学吸收光谱的各种低的构象的硅的硅：Si $_{2}$ H $_{2n}$，$n=1,2,3$。在耦合团簇单双微扰三重态理论水平上优化了各种异构体的几何构型，采用大规模多参考单双构型相互作用（MRSDCI）方法计算了它们的激发态和吸收光谱，该方法在复杂水平上考虑了电子相关效应.我们的计算光谱是第一个为Si $_{2}$ H $_{2}$和Si $_{2}$ H $_{4}$构象，而对于Si $_{2}$ H $_{6}$，我们获得了良好的协议与实验测量，表明我们的计算方法是可靠的。我们计算的吸收光谱表现出很强的结构-性质的关系，这表明基于它们的光学吸收指纹识别各种构象的可能性。此外，我们还对所选的光学激发态进行了几何优化，使我们对它们的性质有了更深入的了解。
2019-09-25 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.chem-ph
Temperature dependence of ambipolar diffusion in silicon-on-insulator
通过测量调谐到带隙以下的探测脉冲的自由载流子吸收引起的差分传输，研究了绝缘体上硅结构中通过间接带间吸收局部激发的电子-空穴对的时空动力学，具有200 fs的时间和3微米的空间分辨率。从样品温度为250 K至400 K，双极扩散率降低，并类似于体硅的报道值。从250 K冷却到90 K，观察到双极扩散率的下降，表明缺陷和残余应力对载流子扩散的重要影响。没有检测到的双极扩散系数的密度依赖性。
2008-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Silicon Nanocrystallites in SiO2 Matrix: The Role of Disorder and Size
我们比较，通过第一性原理赝势计算，不同尺寸的硅纳米团簇的结构，电子和光学性质嵌入在SiO2晶体或非晶基质，与独立的，氢化和氢氧化硅纳米团簇的相应大小和形状。我们发现，对光电行为的最大影响是由于嵌入的纳米团簇的非晶化。在这方面，非晶化减小了基本带隙，同时增加了可见光范围内的吸收强度。增加纳米团簇的大小并没有改变实质上这一图片，但只会导致减少的吸收阈值，以下量子限制规则。最后，通过计算的光学吸收光谱在独立粒子和多体的方法，我们表明，局部场的影响是至关重要的适当描述的光学行为的结晶的情况下，而它是次要的非晶系统。
2010-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mid- and far-infrared localized surface plasmon resonances in chalcogen-hyperdoped silicon
红外区域中的等离子体传感采用分子的振动指纹与等离子体共振的直接相互作用，从而创建优于传统光谱学的表面增强传感平台。然而，用于等离子体共振的标准贵金属遭受高辐射损耗以及制造挑战，例如将光谱共振位置调谐到中红外到远红外区域，以及与现有互补金属氧化物半导体（CMOS）制造平台的兼容性问题。在这里，我们证明了中红外局域表面等离子体共振（LSPR）的发生在薄的Si薄膜超掺杂与已知的深层次杂质碲。我们表明，中红外LSPR可以进一步增强和光谱扩展到远红外范围内，通过制造二维阵列的微米尺寸的天线在Te-超掺杂硅芯片。由于Te-超掺杂Si也可以用作红外光电探测器，我们相信我们的研究结果将开启等离子体传感器与单芯片CMOS平台直接集成的路线，大大提高了大规模制造高性能等离子体传感系统的可能性。
2022-10-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Monolithic Infrared Silicon Photonics: The Rise of (Si)GeSn Semiconductors
（Si）GeSn半导体在经过漫长的孕育期后终于成熟了。器件质量外延层和量子工程异质结构的展示意味着可调谐全IV族Si集成红外光子学现在是一种真正的可能性。尽管最近在（Si）GeSn材料和器件方面取得了令人兴奋的发展，但这一系列半导体仍然面临着严重的限制，需要解决这些限制，以实现可靠和可扩展的应用。主要的突出挑战包括难以在期望的Sn含量和晶格应变下生长高结晶质量层和异质结构，在生长期间和整个器件处理步骤中保持材料完整性，以及控制掺杂和缺陷密度。其他挑战与缺乏优化的器件设计和预测性理论模型来评估和模拟（Si）GeSn层和异质结构的基本性质和性能有关。该观点强调了规避这些障碍的关键策略，并使这种材料系统成熟，为Si兼容的红外光电探测器，传感器和发射器在自由空间通信，红外捕获，生物和化学传感以及热成像中的应用创造了深远的新机会。
2021-01-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electronic transitions of single silicon vacancy centers in the near-infrared spectral region
单硅空位（SiV）中心的光致发光（PL）光谱通常以在近红外（NIR）光谱区域中的非常窄的室温PL线为特征，主要在820 nm和840 nm之间，除了众所周知的在大约800 nm处的零声子线（ZPL）之外。738 nm [E. Neu等人，B 84，205211（2011）]。我们在这里举例证明了一个单一的SiV中心，这近红外PL是由于一个额外的纯电子跃迁（ZPL）。对于822.7 nm的近红外线，我们发现室温线宽为1.4 nm（2.6 meV）。该线路在与ZPL类似的激励功率下饱和。ZPL和NIR线具有相同的偏振特性。ZPL和近红外线之间的互相关测量揭示了反相关发射，并证明这些线起源于单个SiV中心，此外还表明跃迁之间的快速切换（0.7 ns）。g（2）自相关测量排除了NIR线是振动边带或其由于从/到亚稳态（搁置）状态的转变而产生。
2012-06-11 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Far infrared absorption in triangular and square quantum dots: characterization of corner and side modes
在含时局域自旋密度近似下，通过对二维三角形和正方形量子点密度振荡的时间模拟，研究了量子点的远红外吸收。使用局部响应理论对吸收进行空间分析，该理论允许识别几何纳米结构中的{ \em角}和{ \em边}模式。文中还讨论了不同强度的垂直磁场的演化。
2001-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhancing infrared extinction and absorption in a monolayer graphene sheet by harvesting the electric dipolar mode of split ring resonators
研究了单层石墨烯片通过图案化开口环谐振器（SRR）在红外波段的消光和吸收增强。结果表明，与磁模和其他高阶模相比，电模对红外消光和吸收的增强作用更强。我们通过增加SRR单元电池设计中的石墨烯面积比来改善SRR石墨烯片的红外消光。随着石墨烯面积比的增加，电偶极模的辐射能力和石墨烯的耗散竞争约50%的最大红外吸收。通过捕获电偶极模来增强石墨烯片的红外消光和吸收的研究结果可能在石墨烯光子学和光电子学的太赫兹和红外检测和调制中具有潜在的应用。
2013-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Thermal runaway of silicon-based laser sails
激光帆航天器-一个强大的地球激光器推动一个轻型外太空飞行器-最近被突破射星计划提议作为一种达到星际空间旅行相对论速度的手段。该任务所需的帆处的激光强度至少为1 GW $\cdot$ m $^{-2}$，并且在如此高的强度下，即使当使用具有低吸收系数的材料时，帆的热管理也成为一个重大挑战。硅已被提议作为帆的一种主要候选材料，因为它的低亚带隙吸收和高折射率，这允许低质量密度设计。然而，在这里，我们表明，硅的温度依赖性带隙结合双光子吸收过程，即使是最乐观的可行假设的材料质量可能会导致热失控。根据我们的计算，我们设定了可用于热稳定的Si基激光帆的最大激光强度的界限。
2021-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
