Re-t2g-splitting-driven semiconductor gaps in ferrimagnetic double perovskite Ca2MReO6 (M=Cr,Fe) from first principles
基于双钙钛矿结构Ca 2CrReO 6和Ca 2FeReO 6的非金属性质，采用密度泛函理论的全势能线性缀加平面波（FP-LAPW）方法，系统地研究了Ca 2 MReO 6（M=Cr，Fe）的结构、电子和磁性.我们的充分优化证实了稳定的基态结构与$P2_1/n$对称性。修正的Becke-Johnson（mBJ）交换势用于研究电子结构。我们的mBJ计算表明，它们都是亚铁磁半导体的半导体间隙为0.38 eV和0.05 eV，分别与广义梯度近似（GGA）错误的金属相。半导体能隙的产生是由于John-Teller效应引起的ReO $_6$八面体的进一步畸变，导致少自旋通道中的三个部分占据的Re $t_{2g}$带分裂为两个完全充满的带和一个空带.考虑自旋轨道耦合（SOC）后，Ca 2 MReO 6（M=Cr，Fe）表现出高磁晶各向异性（MCA），易磁轴沿伪立方[010]方向，由于Re离子的SOC效应较强，总磁矩每分子式单位分别增加0.209 $μ_B$和0.258 $μ_B$。虽然减少到0.31和0.03 eV，半导体间隙保持开放，尽管SOC加宽的Re $t_{2g}$相关的带。因此，我们的DFT研究与mBJ建立了正确的亚铁磁半导体基态的双钙钛矿Ca 2 MReO 6（M=Cr，Fe）。这一机制不同于双钙钛矿结构的Sr 2CrOsO 6，有助于理解其他类似化合物的物理性质。
2014-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Better band gaps for wide-gap semiconductors from a locally corrected exchange-correlation potential that nearly eliminates self-interaction errors
这项工作构成了一个全面的和改进的帐户的电子结构和力学性能的氮化硅（Si 3 N4）多晶型通过van Leeuwen和Baerends（LB）交换校正的局域密度近似（LDA），强制执行的确切交换势渐近行为。计算得到的Si 3 N4多晶型的晶格常数、体弹性模量和电子能带结构与实验结果吻合较好。我们还表明，对于氢原子、球势阱或谐振子中的单个电子，LB校正的LDA将精确总能量的（自相互作用）误差减少到~ 10%，比标准LDA低三到四倍，因为交换势的表示得到了显着改善。
2017-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Diluted magnetic semiconductors with narrow band gaps
我们提出了一种方法来实现稀磁半导体（DMS）的p型和n型载流子通过选择具有窄带隙的主机半导体。通过采用密度泛函理论和量子蒙特卡罗模拟相结合，我们证明了这样的半导体使用Mn掺杂的BaZn 2 As 2，它具有0.2 eV的带隙。此外，我们还发现了一种新的无毒DMS Mn掺杂BaZn_2Sb_2，其居里温度比Mn掺杂BaZn_2As_2的居里温度高，后者的居里温度在最近的实验中达到了230 K。
2016-10-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Role of semi core levels in determining the band-gaps of semiconductors: First-principles calculations with model Hamiltonians
基于LDA/GGA近似的第一性原理计算结果低估了GaX（X = N，P和As）半导体中半芯3d能级的位置。LDA+U/GGA+U近似中的自相互作用校正方案被发现足以校正这种差异。这种校正的结果是半导体的带隙（E_g）也得到改善。人们一直认为，带隙校正来自修改的半芯价相互作用。我们研究这个经常使用的近似非常详细，并发现，虽然带隙变化高达0.63 eV的GaAs，0.42 eV的GaP和0.46 eV的GAN在这种方法内获得的U= 20 eV的Ga d状态，只有0.1 eV，0.1 eV和0.15 eV的GaAs，GaP和GAN产生的半芯价相互作用。随着U的增加，带隙不断改善。我们跟踪这种效果主要是在导带中的Ga 4d状态与阴离子p状态的相互作用。
2007-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Large Disparity Between Optical and Fundamental Band Gaps in Layered In2Se3
在$_2$中，Se $_3$是一种半导体材料，其可以稳定在具有不同电学和光学性质的不同晶体结构（已经报道了至少一种3D和几种2D层状结构）中。多年来，这一特性一直困扰着它的表征，据报道，带隙在1 eV的不可接受范围内变化。使用基于密度泛函理论和HSE 06杂化泛函的第一性原理计算，我们研究了In $_2$ Se $_3$的四个层状相的结构和电子性质，解决了它们的相对稳定性和它们的基本带隙的性质，即，直接{ \em vs}间接。我们的研究结果表明，基本和光学间隙之间的巨大差距。的吸收系数被发现是一样高的直接带隙III-V族半导体。相对于传统半导体的能带排列表明$n$型导电性的趋势，解释了最近的实验观察。
2018-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Field-Induced Insulator to Semimetal Transition and Field Electron Emission of Nanorods of Semiconductors of Wide Energy Band Gaps
从理论上可以发现宽能带隙半导体纳米棒的场致发射效应。如果纳米棒具有包含大量局域态的薄表面层，则纳米棒的一部分可以在平行于其轴的方向的足够高的场下表现出绝缘体到半金属的转变，使得场发射发生在金属样尖端的顶点处。以碳化硅纳米棒为例，研究了其场发射特性，结果与实验结果定性一致。
2005-11-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Accurate and efficient prediction of the band gaps and optical spectra of chalcopyrite semiconductors from a non-empirical range-separated dielectric-dependent hybrid: Comparison with many-body perturbation theory
针对密度泛函理论难以准确预测黄铜矿半导体电子与光学性质的问题，提出非经验屏蔽介电依赖杂化泛函，精度媲美多体微扰方法且成本更低，为相关研究提供高效准确的工具。
2024-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Alloying-induced topological transition in 2D transition-metal dichalcogenide semiconductors
二维拓扑绝缘体（TI）的研究由于缺乏可行的实验方法而受到阻碍。通过系统的第一性原理计算和紧束缚模拟，我们提出在二维MoX 2（X = S，Se，Te）单层中合金化Os是诱导超导体到TI跃迁的有效方法，具有25-37 meV的相当大的非平凡能隙。电子结构分析表明，这种拓扑性质主要来源于Os原子的5d轨道。此外，TI带隙可以由外部双轴应变调制。
2019-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Ternary mixed-anion semiconductors with tunable band gaps from machine-learning and crystal structure prediction
本文报道了一系列三元X $_4$ Y $_2$ Z和X $_5$ Y $_2$ Z $_2$化合物的计算研究，其中X={Mg，Ca，Sr，Ba}，Y={P，As，Sb，Bi}，Z={S，Se，Te}.这些材料的组成是通过机器学习引导的搜索来预测的，而结构是使用最小跳跃晶体结构预测方法来解析的。基于$\textit{ab initio}$计算，我们预测，许多这些化合物是化学稳定的。特别地，X $_4$ Y $_2$ Z化合物中的21种以具有$\textit{I-42d}$对称性的四元结构结晶，并且表现出在0.3和1.8 eV范围内的带隙，非常适合于各种能量应用。我们表明，几种候选化合物（特别是X $_4$ Y $_2$ Te和X $_4$ Sb $_2$ Se）在可见光范围内表现出良好的光吸收，而其他化合物（例如，Ba $_4$ Sb $_2$ Se）由于高功率因数和极低的晶格热导率而显示出优异的热电性能。
2018-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Assessing the performance of self-consistent hybrid functional for band gap calculation in oxide semiconductors
在本文中，我们评估的预测能力的自洽混合功能scPBE 0在计算氧化物半导体的带隙。计算过程是基于自洽的评价的混合参数$α$的静态介电常数的迭代计算，使用扰动展开后离散化（PEAD）的方法，并利用关系$α= 1/ε_{\infty}$。我们的材料数据集由30种化合物组成，涵盖了广泛的带隙和介电性能，包括具有广泛应用的材料，如热电材料、陶瓷材料、光致发光材料、透明导电氧化物和耐火材料。我们的研究结果表明，scPBE 0功能提供了更好的带隙比非自洽的混合PBE 0和HSE 06，但scPBE 0并没有表现出显着的改善的静态介电常数的描述。总体而言，scPBE 0数据显示出14%（带隙）和10%（$ε_\infty$）的平均绝对百分比误差。对于具有弱介电屏蔽和大激子结合能的材料，与PBE 0和HSE 06不同，scPBE 0高估了带隙，但是当包括激子效应时，带隙的值变得非常接近实验值（例如对于SiO $_2$）。然而，必须特别注意具有小带隙的化合物，因为scPBE 0倾向于高估接近金属极限的介电常数。
2017-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Properties of the ferroelectric visible light absorbing semiconductors: Sn$_2$P$_2$S$_6$ and Sn$_2$P$_2$Se$_6$
具有合适带隙的铁电体作为太阳能吸收材料的候选材料，近年来引起了人们的关注。反转对称性破缺可以促进光激发载流子的分离并允许高于带隙的电压。然而，这些影响并没有得到充分的理解，部分原因是缺乏适当的模型系统来详细研究这些影响。在这里，我们使用第一性原理计算报告了铁电Sn $_2$ P $_2$ S $_6$和Sn $_2$ P $_2$ Se $_6$的性质。结果给出的电子结构，载流子口袋的形状，光吸收和运输。我们发现间接带隙分别为2.20 eV和1.55 eV，和有利的能带结构的载流子传输，包括空穴和电子。在2.43 eV和1.76 eV的直接带隙以上发现强吸收。因此，这些化合物可以作为有用的模型系统，了解铁电半导体的光伏效应。
2017-11-21 cond-mat.mtrl-sci
All-electron self-consistent GW in the Matsubara-time domain: implementation and benchmarks of semiconductors and insulators
GW近似是改进在密度泛函理论内计算的电子结构预测的众所周知的方法。在这项工作中，我们已经实现了一个计算效率高的GW方法，计算中心属性的松原时域内使用的修改版本的麋鹿，全电位线性增强平面波（FP-LAPW）包。连续极点展开（CPE），最近提出的解析连续方法，已被纳入和广泛使用的帕德近似。全晶体对称性已被用于计算加速。我们已经将我们的方法应用于18个充分研究的半导体/绝缘体，这些半导体/绝缘体覆盖了在单发G 0 W 0，部分自洽GW 0和完全自洽GW（scGW）水平下计算的各种带隙。我们的计算结果表明，G 0 W 0导致的带隙，以及同意与实验的情况下，简单的s-p电子系统，而scGW是必要的，以改善在3-d电子系统的带隙。此外，GW 0几乎总是预测比scGW更大的带隙值，这可能是由于对屏蔽效应的实质性低估。CPE方法和Pade近似导致类似的带隙，除了钛酸锶的大多数系统，建议进一步调查到后者的近似是必要的强关联系统。我们计算的带隙作为重要的基准松原时间GW方法的准确性。
2016-02-06 cond-mat.mtrl-sci
All-electron Exact Exchange Treatment of Semiconductors: Effect of Core-valence Interaction on Band-gap and $d$-band Position
在全电子全势方法中对一系列半导体和绝缘体（Ge、GaAs、CdS、Si、ZnS、C、BN、Ne、Ar、Kr和SiO2）进行精确交换（EXX）Kohn-Sham计算。我们发现，带隙是不接近实验从以前的赝势EXX计算得到的那些。全电位带隙对于$sp$半导体来说也并不比绝缘体好多少，正如在赝势中所发现的那样。$d$带态的位置，确定使用全电位EXX方法，是在极好的协议与实验，无论这些国家是核心，半核心或价。我们的结论是，包括芯价相互作用是必要的准确测定EXXKohn-Sham能带结构，表明赝势计算中可能存在的不足。
2005-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Invariant Wide Bandgaps in Honeycomb Monolayer and Single-Walled Nanotubes of IIB-VI Semiconductors
寻找具有独特电子性质的低维材料对于纳米尺度电子器件的发展具有重要意义。通过系统的第一性原理计算，我们发现IIB-VI族半导体（ZnO，CdO，ZnS和CdS）的二维蜂窝状单层和一维单壁纳米管的带隙几乎与手性无关，并且与直径有弱的相关性。电子结构分析表明，导带最低峰由阳离子的球对称$s$轨道贡献，价带最高峰由平面内$(d_{xy}-p_y)$和$(d_{x^2-y^2}-p_x)$杂化占据.这些电子态对曲率半径具有很强的鲁棒性，使得从蜂窝单层结构到单壁纳米管结构的带隙具有不变的特征。这些材料的禁带宽度在2.3 ~ 4.7 eV之间，在电子器件和光电子器件中具有潜在的应用价值。我们的研究表明，寻找和设计特定的电子结构可以促进探索未来应用的新型纳米材料的过程。
2018-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Performance of periodic EOM-CCSD for band gaps of inorganic semiconductors and insulators
本研究用周期性EOM-CCSD方法计算12种前三行无机半导体和绝缘体的带隙，经收敛分析与校正后得到误差指标，发现低成本的分区EOM-MP2性能与之相当。
2023-10-05 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Crystal structure and electronic structure of quaternary semiconductors Cu$_2$ZnTiSe$_4$ and Cu$_2$ZnTiS$_4$ for solar cell absorber
我们设计了两种新的I2-II-IV-VI 4四元半导体Cu $_2$ ZnTiSe $_4$和Cu $_2$ ZnTiS $_4$，并采用第一性原理电子结构计算方法对其晶体结构和电子结构进行了系统的研究。在所考虑的晶体结构中，确认了Cu $_2$ ZnTiSe $_4$和Cu $_2$ ZnTiS $_4$的带隙来源于完全占据的Cu 3 $d$价带和未占据的Ti 3 $d$导带，锌黄铜矿结构应该是基态。此外，我们的计算表明，Cu $_2$ ZnTiSe $_4$和Cu $_2$ ZnTiS $_4$具有与Cu $_2$ ZnTSe $_4$和Cu $_2$ ZnTS $_4$相当的带隙，但吸收系数$α(ω)$几乎大两倍。因此，该材料有望成为太阳能电池吸收剂的候选材料。
2012-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and phase stability of oxide semiconductors: Performance of dielectric-dependent hybrid functional DFT, benchmarked against $GW$ band structure calculations and experiments
我们调查的带隙，平衡结构，和相稳定性的几个大块多晶型的宽禁带氧化物半导体ZnO，TiO 2，ZrO 2，和WO 3。我们特别关注的是评估混合泛函的性能与Hartree-Fock精确交换的分数从计算的材料的电子介电常数获得。我们提供了比较标准的密度泛函理论和GW方法。我们最后分析了TiO 2到Ti 2 O3的化学还原，涉及氧化物化学计量的变化。我们表明，介电依赖的混合功能一般是良好的再现基态（晶格常数，相稳定性序列，和反应能）和激发态（光电子能隙）的属性在一个单一的，完全从头算框架。
2015-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Band offsets of semiconductor heterostructures: a hybrid density functional study
我们证明了计算半导体合金异质结能带偏移的混合泛函HSE06的准确性。本研究的重点是计算导带偏移的可靠性，逃避标准的密度泛函理论。一种高质量的特殊准随机结构模拟了无限随机赝二元合金，用于沿（001）生长方向构造异质结构。我们对各种异质结的优异结果确立了HSE 06与高性能电气和光电子器件能带工程的相关性。
2010-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring ferromagnetic chalcopyrites
如果磁性半导体在真正的自旋电子器件中得到广泛应用，它们的磁性和电子特性将需要以与传统半导体中设计带隙大致相同的方式进行定制。不幸的是，对于磁性半导体的居里温度和带隙等性质是如何相关的，甚至是否相关，还没有系统的理解。在这里，我们从理论上探讨这些和其他关系内64个成员的一个单一的材料类，锰掺杂的II-IV-V2黄铜矿，其中三个已经在实验中已知是铁磁半导体。我们的第一性原理结果揭示了不同材料的磁特性的变化，这不能用半导体中铁磁性的两种主要模型中的任何一种来解释。基于我们的结构，电子和磁性的结果，我们确定了一个新的稳定的黄铜矿具有良好的铁磁性的前景。
2004-03-26 cond-mat.mtrl-sci
The role of screening in the density functional applied on transition metal defects in semiconductors
我们用区间分离的杂化密度泛函（HSE 06）方法研究了硅和碳化硅半导体中与过渡金属相关的点缺陷。我们发现，HSE06不满足广义Koopmans定理的每一个缺陷，这是由于自相互作用的错误，在这种情况下的功能。通过对泛函的简单修正，恢复所谓的广义Koopmans条件，可以消除这种误差，使计算的电荷跃迁能级与实验数据以及多体微扰理论计算的准粒子能级非常接近。
2013-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Fully parameter-free calculation of optical spectra for insulators, semiconductors and metals from a simple polarization functional
本文提出了一种完全无参数的密度泛函方法，用于精确描述绝缘体、半导体和金属的光吸收谱。我们表明，这可以实现在时间依赖的电流密度泛函理论使用一个简单的动态极化功能。我们从支配光谱的物理原理推导出这个泛函。我们的方法是真正的预测，因为没有使用一个单一的参数。特别是，我们不使用一个\textit{ad-hoc}材料相关的加宽参数，比较理论与实验通常所做的。我们的方法在数值上是有效的，成本等于随机相位近似内的计算。
2015-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Efficient lattice constants and energy band gaps for condensed systems from a meta-GGA level screened range separated hybrid functional
发展了一个适用于固体电子结构理论的Meta广义梯度水平屏蔽距离分离杂化泛函。对本泛函的评价表明，本泛函可以有效地在meta-GGA水平上描述固体晶格常数和带隙的性质.具体地，本发明的固体带隙泛函的性能表明，本发明的间位-GGA水平筛选的杂合体泛函在GGA水平之外是相当有生产力的。目前的形式主义最吸引人的特点是，已经提出了一种方法，这是基于一个准确的半局部功能。
2018-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Customizing PBE Exchange-Correlation functionals: A comprehensive approach for band gap prediction in diverse semiconductors
本文扩展了PBE泛函以准确预测多种半导体的带隙，提供比DFT+U更现实、比GW或HSE更具成本效益的替代方案，在带隙预测上表现与SCAN相似。
2024-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of lattice dynamics of group IV semiconductors using pseudohybrid functionals for extended Hubbard interactions
本文利用完全从头算扩展的Hubbard泛函研究了IV族半导体的晶格动力学。现场和intersite Hubbard相互作用确定自洽最近开发的pseudohybrid泛函，并包括在力计算。我们分析了Pulay力的原子轨道投影仪的选择和力的贡献的现场和intersite哈伯德条款。声子色散，GrUneisen参数和金刚石、硅和锗的晶格热导率，它们是最具代表性的共价键合半导体，被计算并与使用局部、半局部和混合泛函的结果进行比较。扩展的哈伯德泛函产生增加的声子速度和寿命，从而晶格热导率相比，本地和半本地的泛函，同意与实验非常好。考虑到我们的计算需求与简单的局部泛函相当，因此这项工作提出了一种以更高精度进行高通量电子和结构计算的方法。
2021-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Excitonic optical spectrum of semiconductors obtained by time-dependent density-functional theory with the exact-exchange kernel
采用含时密度泛函理论中的精确交换（EXX）Kohn-Sham方法，计算了体硅的光吸收谱，得到了与实验符合较好的吸收谱，其中包含了激子的特征. ESX核的分析表明，包括库仑耦合的电子-空穴对和正确的长波长行为的内核是至关重要的半导体中的激子效应的正确描述。
2002-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Efficient and improved prediction of the band offsets at semiconductor heterojunctions from meta-GGA density functionals
Accurate theoretical prediction of the band offsets at interfaces of semiconductor heterostructures can often be quite challenging. Although density functional theory has been reasonably successful to carry out such calculations and efficient and accurate semilocal functionals are desirable to reduce the computational cost. In general, the semilocal functionals based on the generalized gradient approximation (GGA) significantly underestimate the bulk band gaps. This, in turn, results in inaccurate estimates of the band offsets at the heterointerfaces. In this paper, we investigate the performa…
2022-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Environmentally-Sensitive Theory of Electronic and Optical Transitions in Atomically-Thin Semiconductors
我们提出了一个静电理论的带隙重整化在原子薄的半导体，捕捉周围的电介质环境的强烈敏感性。特别是，我们的理论旨在纠正已知的带隙，如三维块状晶体。将我们的准粒子带隙与激子的有效质量理论相结合，产生了在吸收或光致发光中观察到的对环境敏感的光学带隙。对于MoS $_2$单分子膜，本文的理论与基于GW近似和Bethe-Salpeter方程的从头算结果符合得很好.我们发现，电子带隙的变化几乎完全抵消激子结合能的变化，这样的第一个光学跃迁的能量几乎是独立的静电环境，合理化实验观察。
2017-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Comparative Study of Structural and Electronic Properties of Cu-based Multinary Semiconductors
我们提出了一个系统的和比较研究的铜基三元和四元半导体的结构和电子性质的第一性原理电子结构方法。Cu d电子在决定其性质中所起的重要作用是通过比较不同交换相关能泛函计算的结果来说明的。我们表明，系统的改进计算的阴离子位移可以实现通过使用海德-Scuseria-Ernzerhof（HSE 06）功能相比，Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）功能。准粒子能带结构，然后计算G 0 W 0近似使用优化的HSE 06功能内的晶体结构，并从PBE+U平均场的解决方案。计算的准粒子带隙及其随化学成分的系统变化与实验结果吻合得很好。我们还预测，准粒子带隙的原型半导体Cu_2ZnSnS_4在kesterite（KS）相是1.65 eV和锡（ST）相是1.40 eV。这些结果也与现有的实验值从1.45到1.6 eV的变化是一致的。
2011-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Assessing the SCAN functional for deep defects and small polarons in wide-bandgap semiconductors and insulators
该研究通过与实验及杂化泛函结果对比，评估 SCAN 泛函在多种宽禁带半导体和绝缘体深层缺陷、小极化子计算中的可靠性。
2024-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculations of the structural, electronic and elastic properties of the MZN2 (M=Be, Mg; Z=C, Si) chalcopyrite semiconductors
用第一性原理方法研究了四种黄铜矿结构的三元半导体（BeCN 2，BeSiN 2，MgCN 2和MgSiN 2）。计算了其结构、电子、光学和弹性性质。所有这些材料被发现是间接带隙半导体，与计算的带隙范围从3.46 eV到3.88 eV。比较这些化合物中化学键的共价性/离子性程度。通过计算介电函数ε的实部和虚部，证明了四元晶体光学性质的各向异性。这些材料的弹性性能的各向异性进行了分析，通过绘制的杨氏模量和它们的二维截面的三维依赖性。它还表明（至少，定性），存在光学和弹性各向异性之间的相关性：最光学各向异性MgSiN 2也是最弹性各向异性材料在所考虑的组。高硬度（体积模量高达300 GPa）与大的带隙一起可能导致这些化合物的新的潜在应用。
2015-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Improved predictions of the physical properties of Zn- and Cd-based wide band-gap semiconductors: a validation of the ACBN0 functional
我们研究了Zn $X$（$X$ =O，S，Se，Te）和Cd $X$（$X$ =O，S，Se，Te）的物理性质在锌精矿，岩盐，纤锌矿结构使用最近开发的完全$ab$ $initio$伪杂化哈伯德密度泛函ACBN 0。我们发现，这些宽带隙半导体的电子和振动特性的PBE值和再现密切的实验测量系统地改善。结构参数，特别是体积模量的精度相似。ACBN 0的结果比较以及与混合功能计算的一小部分的计算成本。
2015-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Electron counting and a large family of two-dimensional semiconductors
与传统的半导体材料相比，二维半导体材料的选择非常有限。基于适当的电子计数，我们提出了一个大家庭的2DSC，所有采用相同的结构，只由主族元素。利用先进的密度泛函计算，我们证明了这些材料的可实现性，并表明它们涵盖了大范围的晶格常数，带隙和带边态，因此是很好的候选材料异质结。这种二维材料家族可能为制造与3D半导体相同的繁荣水平的2DSC器件铺平道路。
2015-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Self-consistent hybrid functional calculations: Implications for structural, electronic, and optical properties of oxide semiconductors
密度泛函理论中新的交换相关泛函的发展意味着以适度的计算成本可以获得越来越精确的信息。最近，已经提出了一种新开发的自洽混合泛函[Skone \textbf{89}，195112（2014）]，其允许使用完全\textit{ab initio}程序可靠且准确地计算材料性质。在这里，我们将这个新的功能，纤锌矿ZnO，金红石SnO $_2$，和岩盐MgO。我们提出了计算的结构，电子和光学性质，我们比较得到的结果与PBE和PBE0泛函。对于所有的半导体在这里考虑的自洽混合的方法给出了改进的协议与实验结构数据相对于PBE 0混合泛函的计算成本适度增加，同时避免了常见的常规混合泛函的双线性。ZnO和MgO的电子性质得到改善，而SnO $_2$的PBE 0混合功能给出最好的协议与实验数据。
2017-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Band Offsets at Semiconductor-Oxide Interfaces from Hybrid Density Functional Calculations
通过基于混合密度泛函的方案来确定超导体-氧化物界面处的能带偏移，该方案包含Hartree-Fock交换的一部分$α$。对于每个体成分，调节部分$α$以再现实验带隙，然后相对于参考能级定位导带和价带边缘。通过界面计算确定批量参考水平的排列，并且显示几乎与分数$α$无关。将该方案应用于Si-SiO $_2$、SiC-SiO $_2$和Si-HfO $_2$界面，得到了与实验非常一致的结果。
2008-09-18 cond-mat.mtrl-sci
On the accuracy of commonly used density functional approximations in determining the elastic constants of insulators and semiconductors
我们已经进行了密度泛函计算，使用一系列的本地和半本地以及混合密度泛函近似的结构和弹性常数的18个半导体和绝缘体。我们发现，大多数近似在晶格常数方面的误差很小，约为1%，而在弹性常数和体积模量方面的误差则大得多，约为10%.此外，我们发现，在弹性常数，$c_{ij}$的误差，是更大的体积模量的误差相比。根据泛函和使用的误差估计，弹性常数和体积模量之间的误差差异可能相当大，大约是两倍。根据我们的研究，用于确定结构和弹性性质的整体性能最好的密度泛函近似是PBESol，紧随其后的是两个混合泛函PBE 0和HSE，以及AM 05泛函。
2015-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Origin of non-linear piezoelectricity in III-V semiconductors: Internal strain and bond ionicity from hybrid-functional density functional theory
我们推导出了锌-Ⅲ-V族半导体{Al，Ga，In}-{N，P，As，Sb}的一阶和二阶压电系数。所得结果是在密度泛函理论和电极化的强度的Berry相理论的框架内，用Heyd-Scuseria-Ernzerhof混合泛函方法得到的.为了实现一个有意义的解释的结果，我们建立了一个直观的唯象模型的基础上描述的内部应变和动态的电子电荷中心。我们详细讨论了一阶和二阶内部应变效应，以及应变引起的电离度变化。这种分析表明，相对较大的重要性，在III-V的非线性压电效应相比，线性的出现，因为一个微妙的平衡之间的离子极化的贡献，由于内部应变弛豫效应，和贡献，由于宏观和内部应变引起的电子电荷重新分布。
2015-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Multi-channel machine learning based nonlocal kinetic energy density functional for semiconductors
针对MPN动能密度泛函在半导体上表现不佳的问题，提出多通道CPN KEDF，通过整合实空间多尺度信息捕捉半导体特性，在硅和二元半导体测试中表现出色，为生成半导体KEDF提供新途径。
2024-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle and Optical Spectroscopy of Organic Semiconductors Pentacene and PTCDA from First Principles
有机半导体在光电应用中的广泛应用依赖于对其光谱性质的定量理解和控制。最重要的是传输间隙-电离势和电子亲和力之间的差异-和激子结合能-从传输和光学吸收间隙之间的差异推断。通常通过光电发射和逆光电发射光谱（PES/IPES）来建立输运能隙。然而，PES和IPES是表面敏感的，平均在动态晶格，并受到外在的影响，导致显着的不确定性的差距。本文采用密度泛函理论和多体微扰理论计算了两种典型有机半导体并五苯和3，4，9，10-二萘嵌苯四甲酸二酐（PTCDA）的光谱性质，并与实测的PES、IPES和光吸收谱进行了定量比较。对于体并五苯和PTCDA，计算的传输带隙分别为2.4和3.0 eV，光学带隙分别为1.7和2.1 eV。计算的散装准粒子光谱是在良好的协议与表面敏感的光电发射测量超过几个电子伏特，只有当测量的间隙减少了0.6 eV的并五苯，和0.6-0.9 eV的PTCDA。我们把这种红移归因于几种物理效应，包括表面不完全的电荷屏蔽、静态和动态无序以及实验分辨率。光学间隙与实验非常吻合，固态激子的结合能为~0.5 eV的两个系统，并五苯，激子离域超过几个分子，并表现出显着的电荷转移特性。我们的无参数计算提供了新的解释的有机半导体光电子学的关键光谱特性。
2012-02-01 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
General atomistic approach for modeling metal-semiconductor interfaces using density functional theory and non-equilibrium Green's function
金属-半导体接触是现代半导体技术的支柱。从历史上看，它们的微观理解一直受到传统分析和数值方法无法完全捕获其操作原理的复杂物理学的阻碍。在这里，我们介绍了一个原子的方法的基础上密度泛函理论和非平衡格林函数，其中包括所有相关的成分，需要模拟现实的金属-半导体界面，并允许通过I-V偏置曲线模拟理论和实验之间的直接比较。我们将此方法应用于表征与光伏应用相关的Ag/Si界面，并研究了半导体掺杂对整流到欧姆转变的影响，我们还证明了用于分析I-V偏置数据的标准“激活能”方法对于非理想界面可能是不准确的，因为它忽略了电子隧穿，并且由于空间电荷效应的差的表示，有限尺寸的原子模型在描述存在掺杂的这些界面时存在问题。相反，本方法有效地处理这两个问题，从而代表了一个有效的替代传统的程序，用于准确表征金属-半导体界面。
2016-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Uncertainty Quantification in Multiscale Models of Charge Transport in Organic Semiconductors: Influence of the Exhange-Correlation Functional
本研究通过混合泛函和蒙特卡洛采样，量化了有机半导体电荷传输多尺度模型中交换关联泛函选择的影响，发现位点能量变化是传输性质不确定性的主要来源，强调了精确参数确定对提升模型可靠性的关键作用。
2025-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Semiconductor Physics: A Density Functional Journey
本文以一种非传统的方式回顾了半导体理论研究的历程。首先介绍了Hartree-Fock方法的基本原理，然后介绍了密度泛函理论的基本原理。从最古老的局部密度近似（LDA）的最新发展的半局部校正[广义梯度近似（GGA），元GGA]，混合泛函和轨道相关的方法进行了详细讨论。为了展示DFT的性能，通过不同的近似得到的结果进行了比较。我们表明成功的半局部近似的结构性能预测。我们还展示了如何计算成本较低，但承受架构的一些半本地DFT方法可以解决带隙低估的长期之谜。在半导体物理学中，不仅要预测能带结构，而且要正确计算费米能级，并准确地找到能带排列。费米能量相关性质的比较可以引导现代半导体环保研究的理论研究，如人工光催化、节能光电器件等。这种关于正确选择密度泛函方法的规定可能能够补充实验结果，并可以开辟先进半导体材料发现的途径。
2021-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Three-Dimensional to Layered Halide Perovskites: A Parameter-Free Hybrid Functional Method for Predicting Electronic Band Gaps
针对标准杂化泛函预测3D及层状卤化物钙钛矿带隙的不足，本研究评估DSH泛函，提出基于对应3D钙钛矿介电常数的改进策略，提升预测精度，为光电子材料建模提供高效无参数方法。
2025-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Structural Properties of AAl2Se4(A = Ag, Cu, Cd, Zn) Chalcopyrite Semiconductors
采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理紧束缚线性Muffin Tin轨道（TB-LMTO）方法研究了缺陷黄铜矿半导体AAl_2Se_4（A = Ag，Cu，Cd，Zn）的结构和电子性质.计算得到的结构参数如晶格常数、阴离子位移参数（u）、四面体畸变（η = c/2a）、键长和体积弹性模量等与前人的工作符合较好。能带结构计算表明，这些化合物是直接带隙半导体，其带隙分别为2.40、2.50、2.46和2.82 eV（A = Ag、Cu、Cd、Zn）。在LDA限制范围内，计算的带隙与其他实验和理论工作符合得很好。我们定量地估计了p-d杂化和结构畸变对电子性质的影响。对于AAl_2Se_4（A = Ag，Cu，Cd，Zn），由于p-d杂化引起的禁带宽度减小分别为19.47%，21.29%，0%和0.7%。在AgAl_2Se_4、CuAl_2Se_4、CdAl_2Se_4和ZnAl_2Se_4的情况下，由于结构畸变引起的带隙增加分别为11.62%、2.45%、2.92%和9.30%。我们还讨论了所有四种化合物的成键性质。
2010-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Density-functional approach to the band gaps of finite and periodic two-dimensional systems
我们提出了一种基于密度泛函理论的方法来计算有限和周期二维（2D）电子系统的基本能隙。我们的方法的计算成本是通过标准的半本地形式进行的总能量计算。我们通过用Guandalini等人[Phys. Rev. B 99，125140（2019）]的程序中的交换势的更复杂但计算简单的轨道相关建模来取代2D局部密度近似来实现这一点。我们展示了半导体二维量子点和人造石墨烯系统的有希望的结果，其中能带结构可以通过，例如，凯库勒失真。
2021-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Opening band gaps of low-dimensional materials at the meta-GGA level of density functional approximations
最近的任务元GGA密度泛函[Phys. Rev. Research，1，033082（2019）]在广义Kohn-Sham方案中构建了增强的非局域性，因此为带隙预测提供了很大的机会。虽然这种近似被发现产生良好的带隙的散装固体，这种精度不能直接转移到低维材料。这些材料的减少的屏蔽导致与它们的本体对应物相比更大的带隙，作为要克服的额外障碍。在这项工作中，我们演示了如何在此功能的确切物理约束的改变影响的带隙的单层和纳米带，并提出准确的带隙与HSE 06近似竞争。为了实现这一目标，我们修改了ASK泛函（a），将单电子或双电子系统（$h_X^0$）的严格上限从1.174更改为1.29（b），通过更改内插交换增强因子$F_X (s,α)$的ASK泛函的内插函数（$f_X (α\rightarrow \infty$）的极限从$α=$ 0更改为1。对从3D到2D再到1D（纳米带）的各种材料测试了所得的修改的ASK（mASK），并将其与更高级别的混合功能HSE 06的结果或与多体微扰理论内的G $_0$ W $_0$近似的结果进行了比较。我们发现，与PBE-GGA和SCAN meta-GGA相比，mASK大大提高了2D和1D系统的带隙和能带结构，而不会显著影响原始ASK对大块3D材料的准确性。我们通过评估TMD纳米带相对于各种弯曲曲率的能带结构进一步证明了mASK的适用性。
2021-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Electronic functionalization of the surface of organic semiconductors with self-assembled monolayers
分子自组装已被广泛用于金属和氧化物的表面改性，用于各种应用，包括分子和有机电子学。本研究的目标之一是了解这些表面的电子性质可以通过自组装单分子膜（SAM）进行修改。在这里，我们展示了一种新型的分子自组装：在有机半导体表面生长有机硅烷自组装膜，这导致有机材料的表面电导率急剧增加。对于具有大偶极矩的有机硅烷分子，SAM诱导的有机分子晶体的表面电导率接近每平方10^-5 S，这与超高载流子密度下有机场效应晶体管（OFFET）实现的最高电导率相当。SAM功能化的有机表面是完全可接近的环境，这使得它们非常有吸引力的传感应用。我们已经观察到，极性分子的蒸气与SAM功能化的有机半导体的相互作用导致电导率的快速和可逆的变化，与分析物蒸气的压力成比例。
2007-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Band gaps of crystalline solids from Wannier-localization based optimal tuning of a screened range-separated hybrid functional
完全在密度泛函理论内精确预测晶体固态系统的基本带隙是一个长期存在的挑战。在这里，我们提出了一个简单而廉价的方法，实现这一点，通过非经验的最佳调整的参数的筛选范围分离的混合功能。调谐涉及到执行一个anonymous，概括的电离势定理，以消除一个电子在一个被占领的状态所描述的一个本地化的Wannier函数在一个中等大小的超原胞计算。该方法是对一组系统的实验为基准，从窄带隙半导体到大带隙绝缘体，跨越范围的基本带隙从0.2至14.2 eV，并被发现产生定量精度全线，与$\sim$ 0.1 eV的平均绝对误差和$\sim$ 0.2 eV的最大误差。
2021-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Comments on "Efficient Band Gap Prediction for Solids" [Phys. Rev. Lett. 105, 196403 (2010)]
对几个先前的局域密度近似（LDA）结果的忽略似乎已经导致密度泛函理论（DFT）的实际能力的不完整的图片，重点是LDA，以描述和预测半导体的带隙[Phys.Rev.Lett. 105，196403（2010）]。LDA被描述为无法描述半导体的带隙。从文献的内容来看，这种描述是误导性的。这些评论的目的是注意到这些以前的结果中的一些，并提供了一个评估LDA的能力，这是完全不同的失败来描述或预测几个半导体的带隙。当所需的DFT（或LDA）方程组像Bagayoko、Zhao和Williams（BZW）方法那样自洽求解时，这种真正的能力是显而易见的
2010-12-14 cond-mat.mtrl-sci
On the accuracy of the HSE hybrid functional to describe many-electron interactions and charge localization in semiconductors
杂化泛函是将Hartree-Fock（HF）交换与局域或半局域交换相结合的泛函，在量子化学和计算材料科学中越来越受到人们的欢迎。在这里，我们评估的准确性的Heyd-Scuseria-Ernzerhof（HSE）的混合功能来描述许多电子的相互作用和半导体中的电荷本地化。我们利用扩散量子蒙特卡罗（DMC）方法精确计算了金刚石中带负电荷的（SiV）$^-$和中性的（SiV）$^0$的基态自旋密度，我们将我们的DMC结果与HSE泛函的结果进行了比较，发现两种方法对（SiV）$^-$和（SiV）$^0$，而具有额外电子的3C-SiC的正确描述关键取决于泛函中包括的HF交换量。此外，我们研究的情况下，中性镉空位在碲化镉，我们评估HSE对多体\emph{GW}近似的带隙中的缺陷态的位置的描述的性能。
2018-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Comparative study of hybrid functionals applied to structural and electronic properties of semiconductors and insulators
我们提出了一个系统的研究，阐明了有效性和限制的密度泛函理论的各种半导体和绝缘体的结构和电子性质的电流杂化泛函。三个混合泛函，PBE 0 Perdew，Ernzerhof，和贝克，HSE的海德，苏塞里亚，和Ernzerhof，和一个远程校正（LC）的功能，实施在一个完善的平面波基集计划结合规范守恒赝势，从而使我们能够评估每个功能的适用性平等的基础上的材料的性能。我们在本文中研究的材料范围从共价到离子材料以及稀有气体固体，其通过实验确定的能隙在0.6 eV-14.2 eV范围内：即，Ge、Si、BaTiO $_3$、$β$-GaN、金刚石、MgO、NaCl、LiCl、Kr和LiF。我们发现，计算的体积模量的混合泛函显示更好的协议与实验比广义梯度近似（GGA）提供，而计算的晶格常数的混合泛函和GGA显示相当的精度。计算出的十种原型材料的能带隙和价带宽度显示出显着的改善，使用混合功能相比，GGA。特别是，它被发现的带隙的离子材料以及稀有气体固体的LC-混合功能很好地再现，而那些共价材料的HSE功能很好地描述。我们还研究了由于库仑相互作用的短程和长程分量的交换效应，并提出了一个最佳的配方，在治疗的交换能量的短程和长程分离。
2011-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Functionalized Cr$_2$C MXenes: Novel Magnetic Semiconductors
本研究通过从头算探究功能化及3d电子掺杂Cr₂C MXenes的性质，揭示其功能化后的稳定性、磁性半导体行为、应变调控效应及掺杂带来的物态转变与带反转现象，为新型磁性半导体材料设计提供理论依据。
2025-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Defect calculations in semiconductors through a dielectric-dependent hybrid DFT functional: the case of oxygen vacancies in metal oxides
我们研究了三种不同的金属氧化物半导体（金红石型和金红石型TiO 2，单斜晶系WO 3，和四斜晶系ZrO 2）中的氧空位的行为，使用最近提出的混合密度泛函方法，其中确切的交换分数是材料依赖的，但在自洽方案中获得从头算。特别是，我们计算相对于氧空位缺陷的电荷跃迁能级，并将计算的光学和热激发/发射能量与现有的实验结果进行比较，从而揭示潜在的激发机制和相关材料特性。我们发现，这种新的方法是能够再现不仅基态性能和能带结构的完美的大块氧化物材料，但也提供了与相应的亚化学计量缺陷系统中观察到的光学和电学行为一致的结果。
2015-09-13 cond-mat.mtrl-sci
A Unified Dielectric-Dependent Hybrid Functional for Accurate Band Gaps across Dimensions
Nicolaus Copernicus University in Toruń（托伦哥白尼大学）；Paderborn University（帕德博恩大学）；Indian Institute of Technology, Hyderabad（海德拉巴印度理工学院）；National Institute of Science Education and Research（国家科学教育与研究机构）
提出几何无关的介电响应，自洽构建非经验屏蔽介电依赖杂化泛函，在100种体相、低维和混合维度材料中达到近GW精度，揭示屏蔽-交换-带隙关系。
2026-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Systematic strain-induced bandgap tuning in binary III-V semiconductors from density functional theory
本研究基于密度泛函理论建立预测性从头算方法，分析单轴、双轴及各向同性应变对二元III-V半导体带隙的系统性调控，并揭示了多种材料的带隙性质转变点及组合应变策略。
2022-08-22 cond-mat.mtrl-sci
