Pressure Dependence of Electronic, Vibrational and Optical Properties of wurtzite-Boron Nitride
本文通过第一性原理研究了纤锌矿型氮化硼在宽压力范围内的电子、振动和光学性质，为其在光电及恶劣环境中的介电应用提供理论依据。
2023-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Piezoelectric Polarization on Phonon group velocity in Wurtzite Nitrides
研究了压电极化特性对二元和三元纤锌矿氮化物声子群速度的影响。研究发现，随着PZ偏振特性的存在，声子群速度发生了改变。由于PZ极化效应引起的声子群速度的变化直接取决于压电张量的大小。利用文献中不同工作者推荐的不同压电张量值，估算了声子群速度的变化率。用修正的群速度计算了GaN、AlN和InN的德拜温度和频率。计算了三元氮化物AlxGa（1-x）N，InxGa（1-x）N和InxAl（1-x）N的声子群速度随组分的变化.在三元合金的声子群速度中观察到一个小的正弯曲。声子群速度的百分比变化也计算了三元氮化物之间的直接比较。当考虑压电极化特性时，预计结果将显示III族氮化物的声子弛豫速率和热导率的变化。
2011-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Correct implementation of polarization constants in wurtzite materials and impact on III-nitrides
热释电材料之间极化不连续性的精确值对于理解和设计异质结构的电子特性至关重要。对于纤锌矿材料，文献中已使用锌的结构作为参考，以确定有效的自发极化常数。我们表明，由于锌结构具有非零的正式极化，这种方法的结果在一个虚假的贡献材料之间的自发极化差异。此外，我们解决了正确的选择“不当”与“正确”的压电常数。对于技术上重要的III族氮化物材料GAN，AlN和InN，我们确定使用一致的参考的层状六方结构和正确选择的压电常数的基础上的极化不连续性，并讨论现有的实验数据的结果。
2016-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Polar optical phonon states and their dispersive spectra of a wurtzite nitride superlattice with complex bases: transfer-matrix method
基于介电连续介质模型和传输矩阵方法，研究了具有任意层复基底的纤锌矿GaN基超晶格中完全极性光学声子态.证明了在具有$n$层复合基底的纤锌矿氮化物SL中可能存在$2^n$型声子模。得到了纤锌矿GAN/Al $_{x}$ Ga $_{1-x}$ N SL结构中这些模式的声子态解析解及其色散方程。对三层GAN/Al $_{0.15}$ Ga $_{0.85}$ N/AlN复合基底SL进行了数值计算。结果表明，在三层GAN/Al $_{0.15}$ Ga $_{0.85}$ N/AlN复合基底超晶格中，只存在一种界面光学（IO）声子模和四种准受限（QC）声子模。复杂基底超晶格中声子模的色散谱扩展为一系列频带。观察到了QC模退化为IO模的行为。本文的理论方案和数值计算结果对于分析纤锌矿GaN基复合基底超晶格中完全声子模的色散谱及其极化效应是十分有用的。
2011-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Ionic Bonds Control Ferroelectric Behavior in Wurtzite Nitrides
铁电性使从非易失性存储器到精密超声的关键集成技术成为可能。纤锌矿铁电体Al 1-xScxN除了是第一个已知的铁电纤锌矿之外，还因为其强大的铁电性和Si工艺兼容性而最近引起了人们的关注。然而，纤锌矿材料中铁电性的起源和控制尚未完全了解。在这里，我们表明，当地的键离子性，而不是简单的四面体畸变的变化，是关键控制宏观铁电响应，根据我们的耦合实验和计算结果。在Al 1-xScxN组合薄膜中，在Sc < 0.35范围和140-260 nm厚度的组成梯度上，由于与相邻晶体的弹性相互作用，纯纤锌矿相表现出类似的c/a比，而与Sc含量无关。的矫顽场和自发极化显着降低与增加Sc含量，尽管这个不变的c/a比，由于更多的离子键合性质的Sc-N相对于更共价的Al-N键，支持DFT计算。基于这些见解，引入离子性工程作为一种方法，以减少矫顽场的Al 1-xScxN的存储器和其他应用，并控制铁电性能在其他纤锌矿。
2022-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Mobility in N-Doped Wurtzite III-Nitrides
报道了n掺杂纤锌矿Ⅲ族氮化物迁移率的研究。我们已经确定了III-氮化物系统的非平衡热力学状态，驱动远离平衡由一个强大的电场，在稳定状态下，随后一个非常快的瞬态。导出了迁移率随电场强度的变化关系，迁移率随电场强度的增大而减小。我们分析了电子散射的不同渠道，即极性光学，变形，压电，与声子的相互作用，并与杂质所产生的迁移率的贡献。对n-InN、n-GaN和n-AlN的情况进行了分析：正如预期的那样，主要贡献来自这些强极性半导体中的偏振光相互作用。其他的相互作用是在降序，变形声学，压电，和一个由于杂质。
2021-10-02 cond-mat.mtrl-sci
A correlated ab initio treatment of the zinc-blende wurtzite polytypism of SiC and III-V nitrides
采用从头计算方法研究了SiC、AlN、GAN和InN在锌掺杂和纤锌矿结构中的基态性质。对于计算的自洽场部分，使用Hartree-Fock程序Crystal。使用耦合集群的方法与单，双激发相关的贡献进行评估。这是通过增量的本地化债券轨道和对和三重这样的债券。比较了锌-尖晶石和纤锌矿结构的基态能量：在Hartree-Fock水平上，锌-尖晶石结构比纤锌矿结构更稳定，尽管与纤锌矿结构的能量差很小，这表明了实验观察到的多型性。对于III-V族氮化物的纤锌矿结构被发现是显着更稳定的比锌-尖晶石结构。电子关联不改变Hartree-Fock基态结构，但能量差扩大了40%。虽然Hartree-Fock晶格参数与实验符合得很好，但Hartree-Fock结合能仅为实验值的45%至70%。包括电子相关，我们恢复所有化合物的实验内聚能的92%左右。
1997-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Wurtzite Boron Nitride as a potential defects host
本研究通过第一性原理混合DFT计算分析了wBN中关键本征点缺陷的形成能和电子结构，揭示其作为光学活性缺陷宿主的潜力，为极端条件下的量子技术及缺陷工程奠定基础。
2025-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Effective bond-orbital model of III-nitride wurtzite structures based on modified interaction parameters of zinc-blende structures
提出了一种推导三族氮化物纤锌矿半导体有效键轨道模型的简单理论方法。在该模型中，基于双中心近似，采用锌-铅（ZB）结构的相互作用参数作为WZ结构的初始猜测。因此，III族氮化物WZ半导体的电子能带结构可以通过利用这组参数来产生，所述参数被修改为包括由于三中心积分引起的效应并且与第一性原理计算拟合。详细的半经验拟合过程，用于构建体III族氮化物WZ半导体的EBOM哈密顿量。电子能带结构的体AlN，GAN，和InN与WZ结构的EBOM与修改后的相互作用参数计算和比较从密度泛函（DFT）理论与亚广义梯度近似（mGGA）得到的结果。通过使用遗传算法进一步优化参数集。最后，分析了用最佳拟合参数的模型计算的能带结构和带心附近的电子（空穴）有效质量，并与$\mathbf{k}\cdot \mathbf{p}$模型进行了比较。
2019-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Polarization switching on the open surfaces of the wurtzite ferroelectric nitrides: ferroelectric subsystems and electrochemical reactivity
本研究针对二元纤锌矿铁电氮化物特殊的极化翻转行为，采用多维高分辨率PFM技术观测到两个弱耦合铁电子系统与偏压诱导电化学反应活性，建立了该类材料极化翻转的普适性现象学图景。
2025-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Calculated Electronic and Related Properties of Wurtzite and Zinc Blende Gallium Nitride (GaN)
本文报道了纤锌矿和锌镓氮化镓（w-GaN，zb-GaN）的计算、电子和相关性质。我们采用局域密度近似（LDA）势和原子轨道线性组合（LCAO）形式。这种形式主义的实现遵循Bagayoko，Zhao和Williams（BZW）方法，并由Ekuma和Franklin（BZW-EF）进行了改进。计算出的电子和相关性能，为两种结构的GAN，是在良好的协议与相应的，实验数据，不同于大多数以前的从头计算结果利用密度泛函理论（DFT）的潜力。这些结果包括两种结构的电子能带，总态密度和分态密度（DOS和pDOS），以及有效质量。对于w-GaN，计算的带隙为3.29 eV，与实验一致，并且比大多数先前的从头算DFT结果平均大1.0 eV。类似地，对于室温晶格常数，zb-GaN的2.9eV的计算带隙是最接近实验值的从头算DFT结果。
2014-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in antiferromagnetic wurtzite nitrides
Northwestern University（西北大学）；University of California, Santa Barbara（加利福尼亚大学圣巴巴拉分校）
本研究发现MnSiN₂和MnGeN₂构成兼具铁电性与反铁磁性的新型纤锌矿多铁家族，揭示其结构、磁学、电学特性，通过碱土金属取代设计出多性能共存材料，为氮化物基变磁多铁及反铁磁自旋电子器件提供新方向。
2025-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Free-carrier screening of polarization fields in wurtzite GaN/InGaN laser structures
采用自洽紧束缚方法研究了纤锌矿GAN/InGaN量子阱激光器中自由载流子对宏观偏振场的屏蔽作用。我们表明，高载流子浓度实验发现在氮化物激光器结构有效地筛选内置的自发和压电极化场，从而诱导一个“无场”的带剖面。我们的结果解释了一些迄今为止令人困惑的实验数据氮化物激光器，如异常高的激光激发阈值和发射蓝移增加激发能级。
1998-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Polarized Emission Lines from Single InGaN/GaN Quantum Dots: Role of the Valence-band Structure of Wurtzite Group-III Nitrides
研究了InGaN/GAN单量子点发射线的偏振特性。用单量子点阴极发光法研究了超薄InGaN量子阱中由调幅分解形成的量子点。发射线在正交晶体方向[1 1 - 2 0]和[-1 1 0 0]上表现出系统的线性偏振，这是六方晶体的非固有对称性。八带k.p计算揭示了一种可以解释所观察到的偏振的机制：如果QD稍微伸长，则激子复合物中的空穴的特性决定了相应发射的偏振方向。涉及A-带孔的过渡极化平行于伸长;涉及B-型孔的过渡极化在正交方向上。两个空穴态的能量分离小于10 meV。导致线性极化的机制并不局限于InGaN量子点，而是应该发生在其他纤锌矿-氮化物量子点和具有类似价带结构的材料中。
2007-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Polarization properties of wurtzite III nitride indicate the principle of polarization engineering
III族氮化物的自发极化和压电极化显著影响各种III族氮化物基器件的操作。我们报告了第三族氮化物二元和三元合金的自发极化（SP）和压电（PZ）常数与六方参考结构的从头算研究。这些计算的偏振特性为氮化物半导体器件的偏振工程提供了一个深刻的原则，基于此，我们提出了几个异质结，在结处具有接近零的偏振效应，可以潜在地提高光学和功率器件的性能。极化掺杂效应进行了研究，以及从AlN的BAlN分级的极化掺杂效应可以加倍。
2020-01-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Empirical Tight-Binding Parameters for Wurtzite group III-V(non-Nitride) and IV Materials
许多常用的立方半导体的最近邻紧束缚模型在转换到六方多型体时经常导致不准确的能带结构。由此产生的带隙系统太小，在某些情况下，计算可能会错误地预测纤维锌矿多型体的金属。我们计算了一组非氮化物III-V族和V族半导体六方相的$\rm spds^*$紧束缚参数，这些参数与实验数据和经验赝势计算相吻合。我们的拟合过程约束的参数是尽可能接近的立方多型体，使参数最大限度地转移。我们的参数，当与现有的立方参数相结合，提供了一个模型，适用于建模的多型异质结构包含纤锌矿和锌的晶体相的电子结构。
2022-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mapping the Structure of Oxygen-Doped Wurtzite Aluminum Nitride Coatings From Ab Initio Random Structure Search and Experiments
机器学习正在改变我们设计和解释材料科学实验的方式。在这项工作中，我们展示了如何无监督学习，结合从头算建模，提高了我们的多组分合金的结构亚稳性的理解。我们使用的Al-O-N合金的例子的情况下，在纤锌矿AlN中的铝空位的形成后，取代氧的掺入可以被看作是一个一般的固体机制，其中晶体对称性降低，以稳定缺陷。理想的AlN纤锌矿晶体结构占据不能匹配，由于异价异质元素的存在下，进入结构。传统的X射线衍射（XRD）实验解释了Al-O-N薄膜中C晶格的收缩，表明在8at.%的溶解度存在极限氧含量在这里，我们表明，这种天真的解释是误导。我们通过从头计算模拟和正电子湮没寿命谱数据的机器学习分析来支持XRD数据，没有发现可能的溶解度极限的迹象。相反，在增加氧含量时出现的各种非平衡富氧缺陷结构的存在表明，晶界的形成是负责在Al-O-N溅射膜中测量的晶格收缩的最合理的机制。
2021-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Ab-Initio computations of electronic and transport properties of wurtzite aluminum nitride
我们报告的结果，从几个从头算，自洽计算的电子和输运性质的纤锌矿氮化铝。我们的计算利用了局域密度近似（LDA）势和高斯轨道的线性组合（LCGO）。与其他一些密度泛函理论（DFT）计算不同，我们采用了Bagayoko，Zhao和Williams的方法，由Ekuma和Franklin（BZW-EF）增强。BZW-EF方法可验证地导致占据能量的最小值;这些最小值、低未占据能量和相关波函数提供了所研究材料的基态的最变分和物理有效的密度泛函理论（DFT）描述。由于Al的多个氧化态（Al $^{3+}$到Al）和N $^{3-}$到N的可用性，BZW-EF方法需要以不同离子种类作为输入的几组自洽计算。作为输入的（Al $^{+3}$ & N $^{3-}$）的结合能比其他输入选择的结合能大1.5 eV;这里讨论的结果来自导致该输入的占据能量的绝对最小值的计算。我们计算的w-AlN在$Γ$点的直接带隙为6.28 eV，与5 K时6.28 eV的实验值非常一致。我们讨论了能带，总的和部分的状态密度，计算，有效质量。
2014-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Distorted wurtzite unit cells: Determination of lattice parameters of non-polar a-plane AlGaN and estimation of solid phase Al content
与c面氮化物不同，由于晶格的各向异性和与衬底或缓冲层的热失配，在例如a面或m面取向上生长的“非极性”氮化物遇到各向异性面内应变。这种各向异性应变导致纤锌矿晶胞的畸变，并在三元合金中精确测定晶格参数和固相III族含量（x_solid）方面产生困难。在本文中，我们表明，晶格畸变是正交的，并概述了一个相对简单的程序，从高分辨率的X射线衍射测量的非极性III族氮化物外延层的晶格参数的测量。我们推导出一个近似表达式的x_solid考虑到各向异性应变。我们说明了这一点，使用a-平面AlGaN的数据，在那里我们测量的晶格参数和估计的固相Al含量，也表明这种方法是适用于m-平面结构。
2010-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Precise Radiative Lifetimes in Bulk Crystals from First Principles: The Case of Wurtzite GaN
氮化镓（GAN）是固态照明的关键半导体，但其辐射过程尚未完全了解。在这里，我们展示了准确计算大块单轴晶体辐射寿命的第一原理方法，重点关注纤锌矿GAN。我们计算的辐射寿命在100 K以下与实验非常一致。我们表明，考虑到激子（通过Bethe-Salpeter方程）和自旋-轨道耦合，包括激子精细结构计算准确的辐射寿命是必不可少的。激子解离成自由载流子的模型使我们能够计算辐射寿命到室温。我们的工作使精确的辐射寿命计算III-氮化物和其他各向异性固态发射体。
2020-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Unprecedented Enhancement of Piezoelectricity in Wurtzite Nitride Semiconductors via Thermal Annealing
研究通过简单可扩展的生长后热退火工艺，将30% Sc含量的ScAlN薄膜压电常数d33提升3.5倍至45.5 pC/N，使其有效机电耦合系数达76.2%，为超越5G体声波谐振器提供频率缩放机会，并揭示了多尺度增强机制。
2024-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Polarization fields in nitride nanostructures: theory and practical implications
预测了纤锌矿型III-V族氮化物薄膜和多层膜中存在的巨大内建电场。这样的领域起源于氮化物的宏观体极化的异质界面不连续性。我们讨论了氮化物纳米结构的极化场的理论背景和有趣的实际意义。
1998-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Multiband effective bond-orbital model for nitride semiconductors with wurtzite structure
一个多带经验紧束缚模型与纤锌矿结构的III族氮化物半导体已被开发和应用到体系统和嵌入式量子点。作为一个最小基组，我们假设一个s轨道和三个p轨道，定位在六角Bravais晶格的单位晶胞，从其中形成一个导带和三个价带。非零矩阵元素的第二个最近的邻居考虑。确定这些矩阵元素，使得得到的紧束缚能带结构再现已知的伽玛点参数，其也用于最近的kp处理。此外，紧束缚能带结构也可以拟合到从实验或从第一原理计算已知的布里渊区边界的其他特殊对称点处的能带能量。在本文中，我们描述了参数化的细节，并提出了由此产生的紧束缚能带结构的块状GAN，AlN，和InN与纤锌矿结构。作为纳米结构的第一个应用程序，我们目前的结果嵌入在GAN矩阵的透镜形InN量子点的单粒子电子特性。
2010-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Heterostructure Engineering for Wurtzite LaN
本研究通过第一性原理计算，探究了纤锌矿LaN在异质结构中的晶格匹配、界面束缚电荷及能带对齐，为基于wz-LaN的电子器件开发提供了理论指导。
2024-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Structural Characteristics of Zinc-Blende Wurtzite Biphasic Homostructure GaN Nanowires
我们报道了一种新的双相结晶纤锌矿/锌掺杂的氮化镓纳米线。阴极发光被用来定量测量纤锌矿和锌铁氧体的带隙。高分辨率透射电子显微镜被用来确定不同的纤锌矿和锌-微晶晶相内的单个纳米线，通过使用选区电子衍射，电子色散谱，电子能量损失谱，和快速傅立叶变换技术。确定了增长机制。
2007-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Systematic comparison of approximations and functionals in first-principle calculations of aluminum-based III-V ferroelectric nitrides
University of Arkansas（阿肯色大学）；Guangdong Technion – Israel Institute of Technology（广东以色列理工学院）；Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）；National Laboratory of the Rockies（落基山国家实验室）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CentraleSupélec（中央苏佩雷勒高等电信学院）
通过比较虚拟晶体近似和特殊准随机结构以及多种泛函，系统评估了化学无序和交换关联近似对Al1-xScxN和Al1-xBxN结构、铁电和电子性质预测的影响，发现SQS结合SCAN泛函提供最一致的理论框架。
2026-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Developing a valence force field model for wurtzite semiconductors by exploiting similarities with [111]-oriented zinc blende systems: The case of wurtzite boron nitride, III-N materials and (B,In,Ga)N alloys
Tyndall National Institute（丁达尔国家研究所）；University College Cork（科克大学）
本文提出了一种用于纤锌矿半导体的价力场模型，利用纤锌矿与[111]取向锌_blende结构的相似性，通过解析表达式和最小化程序构建模型，准确重现了纤锌矿III-N材料、BN及(B,In,Ga)N合金的性质。
2025-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Macroscopic polarization and band offsets at nitride heterojunctions
纤锌矿III-V族氮化物的典型极性界面的从头算电子结构研究表明，大的均匀电场存在于外延氮化物覆盖层，由于整个界面的组成材料的宏观极化的不连续性。极化场禁止带偏移和形成能量的标准评估：使用新技术，我们发现一个大的前后不对称的偏移（0.2 eV的AlN/GAN（0001），0.85 eV的GAN/AlN（0001）），和微小的界面形成能量。
1997-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Effects of macroscopic-polarization built-in electrostatic fields in III-V nitrides multi-quantum-wells
在纤锌矿型III-V族氮化物薄膜和多层膜中存在着巨大的内建电场。这样的领域起源于氮化物的宏观体极化的异质界面不连续性。在这里，我们讨论的背景理论，自发极化在这种情况下的作用，以及在氮化物纳米结构中的内置极化场的实际意义。为了支持我们的论点，我们提出了详细的自洽紧束缚模拟典型的氮化物量子阱结构中，偏振效应占主导地位。
1999-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Effects of macroscopic polarization in III-V nitride multi-quantum-wells
在纤锌矿型III-V族氮化物薄膜和多层膜中存在着巨大的内建电场。这样的领域起源于氮化物的宏观体极化的异质界面不连续性。在这里，我们讨论的背景理论，自发极化在这种情况下的作用，以及在氮化物纳米结构中的内置极化场的实际意义。为了支持我们的论点，我们提出了详细的自洽紧束缚模拟典型的氮化物量子阱结构中，偏振效应占主导地位。
1999-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Origin of Enhanced Electromechanical Coupling in (Yb,Al)N Nitride Alloys
我们的实验表明，合金化的纤锌矿相氮化铝的结果在明确的机械软化和增强的机电耦合的氮化铝的α-相YbN。第一性原理计算再现实验结果，并预测最大270%的机电耦合系数增加所造成的（1）增强的压电响应引起的Yb离子的局部应变和（2）的（Yb，Al）N合金的结构的灵活性。计算结果表明，（Yb，Al）N薄膜中的Yb-Yb对在$c$轴方向上是能量稳定的，并且由于Yb-Yb对之间的排斥作用而避免在纤锌矿结构的基面上形成，这也解释了在我们的溅射实验中难以制备高浓度的（Yb，Al）N薄膜的原因。此外，相邻Yb-Yb对相互作用也促进了（Yb，Al）N的结构柔性，并且被认为是（Yb，Al）N的机械软化的原因。
2022-02-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electronic properties of zigzag, armchair and their hybrid quantum dots of graphene and boron-nitride with and without substitution: A DFT study
采用自旋极化密度泛函理论对扶手椅型石墨烯量子点和氮化硼量子点进行了计算，研究了碳/氮化硼取代对这两种量子点电子性质的影响.作为考虑更现实的量子点的第一步，已经考虑了作为Z字形QD和扶手椅QD的组合的量子点。针对GQD和BNQD探索了取代对这些混合量子点的影响，并将这些结果与取代的A-G/BN-QD及其锯齿形类似物的结果进行了比较和对比。我们的工作表明，边缘替代可以发挥重要的工具，同时调整量子点的电子性质。
2014-05-19 cond-mat.mtrl-sci
The trigonal structure as a reference to access the spontaneous polarization of wurtzite crystals
用第一性原理计算方法研究了纤锌矿型III-V族氮化物XN（X=Al，Ga，In）和II-VI族氧化物YO（Y=Be，Zn）的自发极化.现代的处理方法将这个量定义为所研究的系统和适当的参考状态之间的偏振差。我们证明，三角结构可以作为参考，以确定纤锌矿材料的自发极化。我们比较了目前的值与广泛已知的锌的文献报道的结果，发现一个非常好的协议。结果表明，电子极化的贡献大于离子极化的贡献。此外，我们再现了先前研究中报道的纤锌矿GAN的自发极化的实验值。为了做到这一点，我们计算的自发极化的每一种类型的层错使用周期性的超细胞和贝里相位方法。这种理论分析得出的值与实验测量值几乎相同。
2022-10-31 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculation of electroacoustic properties of wurtzite (Al,Sc)N
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了具有亚稳纤锌矿结构的氮化钪铝晶体Al $_{1-x}$ Sc $_x$ N的电声性质.我们提取电声器件设计相关的材料性能数据，即弹性和压电常数的全张量。原子模型的构建和分析的各种Sc浓度$0\le x\le50$ %。通过拟合从不同无序原子配置的平均过程中获得的数据，提取的钪浓度的材料特性的函数依赖性。我们给出了一个解释所观察到的弹性软化和异常增加的压电响应作为Sc含量的函数的元素具体分析的键长和键角。
2021-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Consistent set of band parameters for the group-III nitrides AlN, GaN, and InN
我们已经推导出一致的组的带参数（带隙，晶体场分裂，带隙变形势，有效质量，Luttinger和EP参数）的AlN，GAN，和InN的锌-ZnO和纤锌矿相采用多体微扰理论在G 0 W 0近似。G 0 W 0方法已与密度泛函理论（DFT）计算相结合的精确交换优化有效势方法（OEPx），以克服局部密度或梯度校正的DFT泛函（LDA和GGA）的局限性。伽马点附近的能带结构已被用于直接参数化4 × 4 k.p哈密顿量，以捕获导带中的非抛物性和纤锌矿相的更复杂的价带结构。我们证明，以这种方式得到的带参数与现有的实验数据非常吻合，并提供可靠的预测，迄今为止尚未确定的所有参数的实验。
2008-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Orthogonal and Non-Orthogonal Tight Binding parameters for III-V Semiconductors Nitrides
采用模拟退火（SA）方法确定了氮化物半导体AlN、GAN和InN的不同紧束缚（TB）参数集，并讨论了它们的局限性和潜力。考虑了两种原子基组：（\textit{i}）正交的$sp^3s*$，其相互作用可达第二邻元;（\textit{ii}）非正交的$spd$，其哈密顿矩阵元在扩展休克尔理论（EHT）中计算.对于非正交方法，TB参数给出了锌合金和纤锌矿晶体结构。
2016-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Strain Sensitivity in the Nitrogen 1s NEXAFS Spectra of Gallium Nitride
氮化镓（GAN）的氮1s近边X射线吸收精细结构（NEXAFS）显示出由其各向异性纤锌矿结构引起的强的天然线性二向色性。外延生长GAN薄膜中的晶格应变引起额外的光谱变化。这种变化与某些光谱特征的应变程度成正比。这种应变的变化与密度泛函理论计算的帮助下解释。
2014-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis and properties of bulk Mg$_3$WN$_4$ in a wurtzite-derived structure
National Laboratory of the Rockies（落基山国家实验室）；Colorado State University（科罗拉多州立大学）；University of Houston（休斯顿大学）
通过固态复分解反应合成纤锌矿衍生结构的块体Mg$_3$WN$_4$，利用原位X射线衍射和非原位合成研究其形成机制、结构及光学性质。
2026-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Stretching magnetism with an electric field in a nitride semiconductor
通过直接磁化测量，采用一种新的检测方案，我们证明了在纤锌矿（Ga，Mn）N的磁化的电气控制。在这种稀磁绝缘体中，费米能被Mn离子钉扎在中间带隙区域，并且Mn 3+离子显示出强的单离子各向异性。我们确定（Ga，Mn）N维持高达至少5 MV/cm的电场，表明Mn掺杂将GAN变成有价值的半绝缘材料。在这些条件下，磁电耦合可以由逆压电效应驱动，逆压电效应沿着c轴拉伸基本单元，并因此影响磁各向异性的大小。我们开发了一个相应的理论，并表明，它描述了实验确定的依赖性的磁化强度的电场定量与没有可调参数的磁场和温度的函数。通过这种方式，我们的工作桥梁两个研究领域发展至今独立：压电纤锌矿半导体和电气控制的混合和复合材料的磁性结构，包含压电元件的磁化。
2016-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Polar charge induced self-assembly: An electric effect that causes non-isotropic nanorod growth in wurtzite semiconductors
晶体通过原子的聚集和键合形成有序结构而生长。通常，生长在所有结晶方向上的可能性相等，但有时并非如此，如纳米线生长的情况。在大多数情况下，纳米线生长被解释为存在液态金属液滴，其在进入的原子流和衬底或现有的晶核之间进行调解，同时限定横向尺寸。在这里，我们报告和解释一个以前未知的模式观察到的两个纤锌矿半导体，氮化铟和氧化锌的非各向同性晶体生长。纤锌矿晶体具有极性结构，内部存在电场。热激发电荷屏蔽生长过程中的内置电场，以不均匀，但对称的方式，导致形成对称的反极性域。这些域限制了晶体的横向膨胀，诱导纤维生长模式。这里描述的机制阐明了以前无法解释的现象，在蓝宝石上的第三族氮化物的生长，强调需要考虑内置的电场的极性半导体的生长的影响。
2018-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Structure prediction based on ab initio simulated annealing for boron nitride
化合物在低温下可能的结晶变化对应于能源景观的局部极小值。通过模拟退火确定这些最小值是预测晶体结构的一种方法，其中每个晶胞的原子数是唯一使用的信息。它表明，这种方法可以应用到共价体系，在氮化硼的例子中，使用从头算能量在所有阶段的优化，即在全局搜索和随后的局部优化。提出了10个低洼结构候选者，包括层状结构和三维网络结构，如纤锌矿和锌尖晶石型，以及对应于β-BeO型的结构。
2008-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Mechanisms of Temperature-Dependent Ion Track Formation in Gallium Nitride under Swift Heavy Ion Irradiation
School of Nuclear Science and Technology, Xi’an Jiaotong University（西安交通大学核科学与技术学院）；Academy of Chips Technology, China Electronics Technology Group Corporation（中国电子科技集团公司芯片技术研究院）；National Key Laboratory of Integrated Circuits and Microsystems（集成电路与微系统国家重点实验室）
研究通过双温度模型与分子动力学模拟揭示了氮化镓在高温下快速重离子诱导损伤的微观机制，发现温度驱动离子束道形态转变，从不连续段到由孤立纳米气泡组成的连续束道，最终形成完全连续通道，且温度升高促进气泡形成和束道可见性。
2026-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Defects and Oxygen Impurities in Ferroelectric Wurtzite Al$_{1-x}$Sc$_x$N Alloys
本研究通过第一性原理计算分析铁电纤锌矿Al$_{1-x}$Sc$_x$N合金的本征缺陷与氧杂质，明确氮空位和氧替位缺陷的特性与影响，为该类铁电器件的研发提供缺陷物理基础。
2023-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Graphene quantum dots embedded in hexagonal boron nitride sheets
采用第一性原理计算对石墨烯量子点嵌入六方氮化硼单层片中的电子性质进行了研究。密度泛函理论计算表明，量子点的带隙是由B、N和C原子的量子限域效应和π轨道杂化决定的。费米能级附近的能量状态被发现是强烈的本地化内和附近的量子点。
2010-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of structural relaxations, chemical substitutions and polarization fields on the potential line-up in [0001] wurtzite GaN/Al systems
采用第一性原理全势线性缀加平面波（FLAPW）方法，研究了界面几何形状对[0001]-纤锌矿和[111]-锌锌矿GAN/Al结的压电场和电势分布的影响.电场（极性和大小）被发现强烈影响的原子弛豫的界面区域。一个程序进行测试，以评估肖特基势垒的存在下的电场，并用于显示它们的效果是相当小的（电子伏特的十分之几）。这些计算评估的GAN/Al接触的整流行为，给出了非常好的协议与实验值的障碍。受问题复杂性的刺激，我们通过研究辅助非弛豫氮化物/金属系统来解开化学和结构对相关性质（如电势不连续性和电场）的影响。专注于简单的电负性参数，我们概述了领先的机制，导致在这些理想的界面中的电场和肖特基势垒的最终值。最后，证明了存在两个不等价连接时的传递性规则给出了可靠的结果。
2001-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the Electronic and Optical properties of Graphene and Boron-Nitride Quantum Dots through Molecular Charge-transfer Interactions
采用自旋极化的第一性原理计算，以四氰基醌二甲烷（TCNQ）和四硫富瓦烯（TTF）为掺杂剂，通过分子电荷转移调控石墨烯（G）和氮化硼（BN）量子点（QD）的电子和光学性质.从我们的计算中，我们发现，掺杂剂和量子点之间的相互作用的性质是类似的掺杂剂和量子点的二维对应部分，即石墨烯和六方氮化硼片之间的相互作用。根据量子点的形成能和量子点与掺杂剂之间的距离，我们发现两种掺杂剂都物理吸附在量子点上。此外，我们发现，GQD强烈的相互作用与掺杂剂相比，BNQDS。有趣的是，虽然掺杂剂被物理吸附在量子点上，但它们的相互作用导致量子点的HOMO-LUMO能隙减小了一半以上。我们还观察到自旋极化HOMO-LUMO间隙在某些量子点掺杂剂复合物。Mulliken布居分析，态密度（DOS），投影DOS（pDOS）图和光学电导率计算已经进行了支持和理解上述发现背后的原因。
2013-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Strain and crystal field splitting inversion in III-Nitrides
自90年代以来，纤锌矿相III族氮化物（AlN，GAN，InN）由于其在光电子学中的成功应用而引起了人们极大的兴趣。在本文中，我们进行了全面的研究AlN，GAN和InN的结构弹性和电子性质的混合和传统的密度泛函理论，提出了比较的特点，三个化合物。我们进行了直接比较的电子结构的功能，包括顶部价带的反转与负晶场分裂和它的关系的AlN系统上的受主掺杂的挑战。通过确定弹性常数和杨氏模量，我们提供了一个简单的模型来连接与参数$u$相关的变形能和有效晶场分裂，显示了内部应变和晶场分裂之间的直接关系。
2021-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Influence of symmetry and Coulomb-correlation effects on the optical properties of nitride quantum dots
采用紧束缚模型结合组态相互作用计算研究了自组装InN/GAN量子点的电子和光学性质。紧束缚单粒子波函数被用作计算库仑和偶极子矩阵元素的基础。在此框架内，我们分析了两种不同尺寸的透镜形的InN/GAN量子点与纤锌矿晶体结构的多激子发射光谱。详细讨论了电子和空穴单粒子态的对称性对光谱的影响。此外，我们展示了如何使用一个简化的哈密顿量，它提供了相互作用的多激子复合物的分析结果的光谱的特征可以解释。我们预测了一个消失的激子和双激子基态发射的小透镜形状的InN/GAN量子点。对于更大的系统，我们报告了明亮的基态发射，但与量子限制斯塔克效应所造成的振子强度急剧下降。
2006-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Giant spontaneous polarization in zincblende III-V semiconductors
本文论证层状六方结构是纤锌矿自发极化计算的唯一正确参考，并据此发现闪锌矿III-V半导体自发极化约为纤锌矿的三倍，推翻其为零的旧假设。
2025-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Structural Stability, Electronic, Magnetic and Optical Properties of Rectangular Graphene and Boron-Nitride Quantum Dots: Effects of Size, Substitution and Electric Field
利用密度泛函理论计算了石墨烯（G）、氮化硼（BN）及其混合物的矩形量子点的结构稳定性、电子、磁性和光学性质。通过在不同位置用BN对（碳原子）取代GQD（BNQD），已经考虑了不同的混合QD。对于所有这些QD（GQD、BNQD、混合QD），已经改变了几个参数，如尺寸、取代量等，以监测它们的性质的相应变化。在所考虑的参数中，我们发现取代可以作为一个强有力的工具来获得这些量子点的有趣特性，例如，在近红外（NIR）区域的宽吸收范围（~2000 nm），自旋极化HOMO-LUMO带隙，而无需施加任何外部偏压等，其在光电子、电子/自旋电子器件等的制备中是高度需要的。通过改变不同的因素，如改变取代的位置和量，施加外电场等，以确保我们结果的可靠性。
2013-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Analytical Model for the Optical Functions of Indium Gallium Nitride with Application to Thin Film Solar Photovoltaic Cells
本文介绍了采用等离子体增强蒸发法在二氧化硅上沉积的中等铟含量（0.38<x<0.68）的纤锌矿型铟氮化镓（InxGa 1-xN）薄膜的椭圆偏振光谱光学特性的初步结果。采用Kramers-Kronig自洽参数分析模型，利用高斯振子描述InxGa_（1-xN）薄膜的吸收谱，提取了InxGa_（1-xN）薄膜介电函数的实部和虚部（ε_1，ε_2）。扫描电子显微镜（SEM）的图像，以检查膜的微观结构和验证膜厚度确定从椭圆偏振建模。这种拟合过程，模型和参数可以在未来提取的物理参数从椭圆偏振数据从其他InxGa 1-xN薄膜。
2012-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Predicted band structures of III-V semiconductors in wurtzite phase
虽然非氮化物III-V族半导体通常具有锌钛矿结构，但它们也可以在压力下或当生长为纳米晶须时形成纤锌矿晶体。这使得电子结构计算困难，因为纤锌矿III-V族半导体的能带结构的特征很差。我们用可转移的经验赝势计算了九种纤锌矿相III-V族半导体的电子能带结构。我们发现所有的材料都有直接的间隙。我们的结果显着不同，从早期的{ \it从头计算}计算，和实验结果可用（InP，InAs和GaAs），我们计算的带隙是在很好的协议。我们制表的能量，有效质量，线性和立方Dresselhaus零场自旋分裂系数的区域中心状态。大的零场自旋分裂系数，我们发现可能会导致新的功能设计的设备，操纵自旋自由度。
2009-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Band structure parameters of the nitrides: The origin of the small band gap of InN
利用局域密度近似（LDA）中带隙误差修正的能带结构方法，我们研究了III-V族半导体中带隙变化的化学趋势，并预测InN的带隙为0.8 +/- 0.1 eV，远小于以前的实验值约0.8 +/- 0.1 eV。1.9 EV. InN的异常小的带隙解释的高电负性的氮，因此，小的带隙变形潜力的InN。根据能带的非抛物线性和Moss-Burstein位移讨论了测量到的大带隙的可能来源。基于LDA计算的误差分析和实验数据，我们编制了纤锌矿AlN、GAN和InN的推荐能带结构参数。
2004-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Ternary Nitride Semiconductors in the Rocksalt Crystal Structure
具有纤锌矿晶体结构的无机氮化物是用于光电子器件的公知半导体。相比之下，岩盐基氮化物因其金属和耐火特性而闻名。打破这种二分法，在这里，我们报告的三元氮化物半导体岩盐晶体结构，显着的光电性能，和一般化学式Mg $_{x}$ TM $_{1-x}$ N（TM=Ti，Zr，Hf，Nb）。这些化合物形成在一个广泛的金属组合物范围内，我们的实验表明，富镁组合物是非简并半导体与可见光范围内的光学吸收起始（1.8-2.1 eV）。晶格参数与在各种衬底上的生长相容，并且外延生长的MgZrN $_{2}$表现出接近100 cm $^{2}$ V $^{-1}$ s $^{-1}$的显著电子迁移率。从头计算结果表明，这些化合物具有无序可调的光学性质，大的介电常数和低的载流子有效质量是不敏感的无序。总之，这些实验和理论结果突出了Mg $_{G-3}$ TMN $_{G-2}$岩盐作为一类新的半导体材料，具有有前途的光电应用性能。
2018-10-12 cond-mat.mtrl-sci
