Weak localization and electron-electron interactions in Indium-doped ZnO nanowires
采用激光辅助化学气相沉积法合成了铟掺杂的单晶氧化锌纳米线。纳米线的电导率在低温下在垂直和平行于线轴的磁场中测量。我们的数据的定量拟合得到，与理论的准一维金属系统的量子校正由于弱本地化和电子-电子相互作用。磁导率的各向异性与理论相符。这两个量子修正量的大小大致相等，温度依赖性分别为T^-1/3和T^-1/2。准二维表面电导率的替代模型被排除在平行磁场中的磁导率的振荡的情况下。
2009-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron tunneling from colloidal CdSe quantum dots to ZnO nanowires studied by time-resolved luminescence and photoconductivity experiments
将不同有机连接分子的CdSe量子点（QD）连接到ZnO纳米线（NW）上，通过时间分辨光致发光（PL）和光电导测量研究了量子点到纳米线的发光动力学和电子隧穿。量子点发光的PL瞬态表明两种不同的复合通道：量子点核内的直接复合和通过量子点表面缺陷态的复合。在将QD连接到ZnO NW表面之后，通过PL衰减时间的明显减少，从QD的激发态到纳米线的导带中的光致电子隧穿变得可见。有效的电子隧穿证实了通过功能化的纳米线，其中隧穿速率可以通过使用不同的有机连接分子控制的光电流的强烈增强。
2015-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
LO-phonon assisted polariton lasing in a ZnO based microcavity
从实验和理论上分析了ZnO基极化激元激光器中极化激元的弛豫机制。当激子库与下极化激子支底部的能量差与LO声子能量共振时，获得了最小的激光阈值。调谐关闭这种共振增加了阈值，激子-激子散射过程成为参与极化激元弛豫。这些意见的半经典玻尔兹曼方程的数值解的基础上的模拟定性再现。
2011-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Spin susceptibility and effective mass of two-dimensional electrons in MgxZn1-xO/ZnO heterostructures
我们报告的测量自旋磁化率和电子有效质量的二维电子限制在界面的MgxZn 1-xO/ZnO单异质结构（x = 0.05，0.08，和0.11），生长在（0001）ZnO衬底上的分子束外延。通过控制势垒成分来调节内置极化，电子密度在5.6 x 10^11 ~ 1.6 x 10^12 cm^-2范围内系统地变化，对应的范围为3.1 < rs < 5.2，其中rs是以有效玻尔半径为单位测量的平均电子间距。我们使用符合技术，自旋分裂朗道能级的交叉发生在磁场的临界倾斜角，以评估自旋磁化率。此外，我们确定了有效质量的温度依赖性的Shubnikov-de Haas振荡测量符合条件。磁化率和有效质量都随着电子密度的减小而逐渐增大，反映了电子-电子相互作用的作用。
2008-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical properties and carrier dynamics in Co-doped ZnO nanorods
报道了通过过渡金属掺杂对ZnO纳米棒电子性质的可控修饰。采用化学浴法生长了一系列ZnO纳米棒，在生长溶液中Co含量从0到20原子%变化。光电行为进行了探讨，使用阴极射线发光，时间分辨发光，瞬态吸收光谱，和入射光子到电流转换效率（IPCE）。分析表明，表面缺陷在决定电子行为的关键作用。值得注意的是，共掺杂将纳米棒的光吸收扩展到可见光区域，增加了表面缺陷，缩短了非辐射寿命，同时使辐射寿命恒定。此外，对于1原子%的Co掺杂的ZnO纳米棒的IPCE增强。这些结果表明，掺杂可以可控地调整ZnO纳米棒的功能电子性质的应用。
2020-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Microscopic Origins of Electron and Hole Stability in ZnO
提出了一种新的直接评估半导体材料掺杂极限的方法。应用到ZnO的情况下，我们的第一性原理计算表明，p型ZnO是不稳定的。
2011-02-02 cond-mat.mtrl-sci
Competing charge density wave and antiferromagnetism of metallic atom wires in GaN(10${\overline{1}}$0) and ZnO(10${\overline{1}}$0)
低维电子系统通常表现出电子-声子和电子-电子相互作用之间的微妙相互作用，从而产生有趣的量子相，如电荷密度波（CDW）和磁性。利用密度泛函理论（DFT）的半局域和混合交换关联泛函以及无规相位近似下的精确交换关联（EX + cRPA）方法，系统地研究了GAN（10 ${\overline{1}}$ 0）和ZnO（10 ${\overline{1}}$ 0）表面部分氢化制备的含悬键电子的金属原子线的基态.我们发现，CDW或反铁磁（AFM）秩序具有电子能量增益由于带隙开放，从而更稳定的金属状态相比。我们的半局域DFT计算预测GAN（10 ${\overline{1}}$ 0）和ZnO（10 ${\overline{1}}$ 0）中的两种DB线具有相同的CDW基态，而混合DFT和EX+cRPA计算预测前者DB线的AFM基态和后者的CDW基态。结果表明，GAN（10 ${\overline{1}}$ 0）中局域化程度较高的Ga-DB电子优先选择AFM有序，而ZnO（10 ${\overline{1}}$ 0）中局域化程度较低的Zn-DB电子优先选择CDW有序.我们的研究结果表明，在两个代表性化合物半导体表面上产生的DB线中，截然不同的基态正在竞争。
2017-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Density-functional study of the structure and stability of ZnO surfaces
对ZnO的非极性（10 $\bar{1}$ 0）和（11 $\bar{2}$ 0）表面以及极性锌封端的（0001）-Zn和氧封端的（000 $\bar{1}$）-O表面进行了广泛的理论研究。特别注意的是各种参数的收敛性能，如基组，k-点网格，板厚，或LDA和PBE赝势计算使用平面波和混合基组内的松弛约束。讨论了不同方法处理极面稳定性问题的优缺点。这些表面的结构弛豫和能量的可靠的结果，并与以前的理论和实验数据，这也简要地审查和评论。
2002-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Electrical Transport Properties in ZnO Bulk, c/ZnO and ZnMgO/ZnO/ZnMgO Heterostructures
本文对[Sci.代表：2012，2，533]定量分析了体ZnO、ZnMgO/ZnO和ZnMgO/ZnO/ZnMgO单、双异质结中与电输运性质相关的散射参数，得到了控制电子浓度和电子迁移率的最重要的散射参数。治疗的内在机制包括偏振光声子散射，压电散射和声学变形势散射。对于非本征机制，包括电离杂质，位错散射，应变诱导场。对于体相ZnO，通过两层霍尔效应模型校正了报道的实验数据，以去除ZnO/蓝宝石界面处的简并层的影响。通过电荷平衡方程确定了给体密度、受体密度和给体活化能。该样品在50 K以下表现出跳跃导电，位错散射密切控制电子迁移率。结果表明，与单样品相比，双样品中电子迁移率的提高主要归因于位错密度的降低、背景杂质引起的势阱中二维杂质密度的降低、界面电荷和应变诱导场的降低，这可能与沟道中更好的电子约束和该样品中2DEG的薄层载流子浓度的增强有关。
2016-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Revealing the Competing Contributions of Charge Carriers, Excitons, and Defects to the Non-Equilibrium Optical Properties of ZnO
由于其宽的带隙和高的载流子迁移率，ZnO是一种有吸引力的材料，用于光捕获和光电应用。然而，它的功能效率，是强烈的影响缺陷相关的间隙状态，打开外在的衰减通道和修改弛豫时间尺度。因此，几乎每个ZnO样品的行为都不同，导致无法重现甚至相互矛盾的观察结果。在这里，一组互补的时间分辨光谱被施加到两个不同的缺陷密度的ZnO样品解开的竞争贡献的载流子，激子，和缺陷的非平衡动力学光激发后：时间分辨光致发光，激发态传输，和电子和频产生。值得注意的是，缺陷影响ZnO的瞬态光学性质跨越超过八个数量级的时间，开始与正常占用的缺陷状态的飞秒时间尺度上的光耗尽，然后由竞争的自由激子发射和激子捕获在缺陷的位置在皮秒内，缺陷束缚和自由激子的纳秒时间尺度上的光致发光，并深深地被困的孔微秒的寿命。这些发现不仅提供了ZnO中电荷和激子弛豫途径的第一个全面的图像，而且还揭示了这种具有挑战性的材料中先前相互矛盾的观察结果的微观起源，从而提供了克服困难的方法。
2019-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Al-doped ZnO aligned nanorod arrays significant implications for optic and opto-electronic Applications
我们研究了垂直排列的Al：ZnO纳米棒阵列的光学和光电性能的水热技术在相当低的温度下溅射的Al-ZnO种子层。纳米棒阵列在大面积上沿c轴保持显著的对齐。种子层和纳米棒阵列显示出各种光学带隙。纳米棒阵列的光电性能研究
2015-06-09 cond-mat.mtrl-sci
GW electronic structure calculations of Co doped ZnO
最近在掺杂ZnO样品中发现了引起钴的3 $d$内发光的点缺陷\cite{pssb2019}。在这项工作中，我们进一步扩展我们的调查，在Co掺杂ZnO的其他点缺陷。利用密度泛函理论和GW计算方法确定了钴掺杂氧化锌（ZnO）的轨道分辨能带结构。我们发现，主要是O-p和Co-d轨道参与的过程中，并确认附近的钴原子的氧间隙是一个可能的缺陷发生在Co注入ZnO样品。我们还排除了ZnO中的其他共同点缺陷可以负责所观察到的内部3 $d$过渡。最后，我们建议，涉及氧的缺陷配合物可以用来促进钴掺杂ZnO样品的铁磁性。
2019-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Solution-processed ZnO as the efficient passivation and electron selective layer of silicon solar cells
在织构化n型c-Si晶片上旋涂溶液处理的本征ZnO和Al掺杂ZnO（ZnO：Al），以取代磷掺杂非晶硅作为Si异质结（SHJ）太阳电池的电子选择性传输层（ESTL）。未掺杂的ZnO除了具有电子选择性输运的作用外，还具有一定的钝化作用。制备了具有不同钝化层（本征a-Si：H、SiOx和未掺杂ZnO）和电子输运层（未掺杂ZnO和ZnO：Al）组合的SHJ太阳电池并进行了比较。在具有a-Si：H/ZnO：Al双层背层结构的SHJ太阳电池上获得了高达18.46%的效率。全溶液处理的非掺杂ZnO/ZnO：Al复合层具有较好的电子选择性输运性能，其转换效率为17.13%。根据太阳电池背面能带图讨论了载流子输运与SHJ太阳电池性能的关系。
2018-04-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Many-Body electronic structure calculations of Eu doped ZnO
用密度泛函理论和多体$GW$方法计算了铕掺杂氧化锌的形成能和电子结构。在没有晶体缺陷的情况下，我们发现铕- $f$态位于ZnO的带隙中，铕具有2+的形式电荷。另一方面，ZnO中本征缺陷的存在允许带内$f-f$跃迁，否则在铕原子中禁止。这一结果与最近观察到的可见红光区的光致发光[1]相一致。
2016-02-29 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and vibrational spectroscopy of miscible MgO-ZnO ternary alloys
MgO-ZnO合金系统的有序结构是一种具有广泛应用前景的可调谐光学材料。然而，MgO-ZnO的等价和同构合金组合物通常在环境条件下不稳定。利用最先进的\textit{ab initio}演化模拟，我们预测和研究MgO-ZnO稳定相的性质。我们通过声子谱和拉曼光谱建立了预测的晶体结构的动力学稳定性。对两种最稳定结构的详细分析揭示了高度可调的性质，可以用于光子和光学应用。
2020-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid density-functional theory calculations of electronic and optical properties of mercaptocarboxylic acids on ZnO $(10{\overline 1}0)$ surfaces
本文采用密度泛函理论半局域和混合交换关联泛函方法研究了不同碳链长度的巯基羧酸在ZnO-（10-10）表面上的电子性质.在所研究的结构中，我们确定单齿吸附模式是稳定的。此外，该模式在ZnO带隙中引入了光学活性态，进一步证实了在PBE 0和TD-PBE 0水平上的介电函数的计算。一个有趣的发现是，吸附模式和混合系统的介电性质都是相当不敏感的链长，因为受体分子状态是非常本地化的硫原子。这表明即使是小分子也可以用于稳定ZnO表面并增强其光电应用的功能。
2018-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Single Layer In-O Atomic Sheets as Phonon and Electron and Barriers in ZnO-In2O3 Natural Superlattices: Implications for Thermoelectricity
在ZnO的一半的ZnO-In 2 O3二元系统的相是自然的超晶格组成的周期性堆叠的单个InO 2片分离的铟掺杂的ZnO块的间距取决于根据关系In 2 O3（ZnO）k的组合物。表征相结合，原子分辨率，像差校正扫描透射电子显微镜（STEM）和电子能量损失谱（EELS）分析，表明每个InO 2层的原子结构由一个单一的连续片的八面体协调的InO 2。这些片也是晶体学反转边界。在800 oC的电导率，热导率和Seebeck系数数据的分析表明，InO 2片不仅通过声子散射降低热导率，而且还对电子输运产生势垒。定性地讨论了势垒的来源、压电效应的作用及其对超晶格间距的依赖性。也有人认为，晶体取向的InO 2片内的单个晶粒也随机取向的多晶材料中的传输障碍。
2017-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Rapid Thermal Annealing for Surface Optimisation of ZnO Substrates for MBE-Grown Oxide Two-Dimensional Electron Gases
ZnO/ZnMgO界面二维电子气（2DEG）具有低的自旋轨道耦合和高的电子迁移率，在自旋电子学和量子计算中具有广阔的应用前景。生长高迁移率2DEG需要具有低杂质密度的高质量衬底。在这项工作中，我们展示了ZnO衬底样品处理结合高温快速热退火和化学蚀刻，以提高后续的2DEG生长的表面质量。该工艺能够生长低温迁移率为$4.8\times10^4$ ~cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$的2DEG。未退火的对照样品显示出比退火样品大至少三倍的散射率。
2020-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and optical properties of Mn impurities in ultra-thin ZnO nanowires: insights from density-functional theory
本文采用密度泛函理论结合杂化泛函方法研究了小直径Mn掺杂ZnO纳米线的原子和电子结构.我们确定Mn掺杂ZnO纳米线的磁性和电子结构的变化，由于表面效应，如表面上的氢吸附，氧空位和悬挂键的存在。在纳米线表面上没有钝化的情况下，锰原子分离到表面，而在氢吸附下，Mn的掺入在能量上更有利于内部站点。额外的氧空位的存在不会产生磁矩的显著变化，尽管它会产生电荷局部化的显著变化。
2018-10-20 cond-mat.mtrl-sci
High-density two-dimensional electron system induced by oxygen vacancies in ZnO
我们通过在超高真空中简单地在ZnO表面沉积纯铝，实现了ZnO中的二维电子系统（2DES），并利用角分辨光电子能谱对其电子结构进行了表征。铝通过产生氧空位氧化成氧化铝，氧空位掺杂ZnO的体导带并将电子限制在其表面附近。的2DES的电子密度是高达两个数量级高于那些在ZnO异质结。的2DES显示两个$s$型的子带，我们比较的$d$，如2DES的钛酸盐，与多体相互作用，我们分析通过自洽提取系统自能和建模耦合的二维费米液体与德拜分布的声子的清晰的签名。
2018-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancy and EC - 1 eV electron trap in ZnO
在80 ~ 550 K温度范围内对五种不同生长工艺的n型ZnO样品进行了傅里叶变换深能级瞬态谱研究。从Arrhenius图导出了四个电子陷阱的俘获截面和电离能。在五个样品中系统地观察到导带边缘以下1 eV的陷阱，具有大的电子表观捕获截面（1.6 $\pm$ 0.4 x 10 - 13 cm 2），表明施主特征。分配这个深层次的氧空位的基础上，现有的理论预测进行了讨论。
2014-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Vanadium substitution: a simple and efficient way to improve UV sensing in ZnO
纯ZnO的紫外敏感是由于氧从ZnO表面的吸附/脱附过程。钒掺杂提高了ZnO的紫外灵敏度。掺杂ZnO的紫外灵敏度的增强归因于V4+和V5+相关缺陷态的电子捕获和释放。在V4+状态下的额外电子在UV照射下被激发，而在没有相同的情况下，在V5+状态下发生捕获。通过对响应现象的分析研究，获得了对该机制的深入了解。
2017-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Halogen Doped Electronic Properties of 2D ZnO: A First Principles Study
近年来，二维氧化锌由于其优异的电学、热学和光学性能而成为纳米材料研究领域的热点。本文采用第一性原理计算研究了卤素杂质F、Cl和Br原子掺杂对二维ZnO电子性质的影响。原始的2D ZnO表现出半导体行为，在Γ点上具有1.67 eV的直接带隙。然而，当引入F、Cl或Br原子等杂质时，二维ZnO显示出几乎为零带隙的半金属行为。发现由于F杂质的引入，在电子能带结构的K点处呈现零带隙。然而，在Cl和Br杂质的情况下，几乎为零的带隙观察到其他地方，而不是在K点。此外，由于杂质原子的引入，费米能级也向导带（CB）移动，表明态密度（DOS）结果中的载流子浓度增加。这些发现可能是非常有益的掺杂效应，特别是卤素杂质掺杂被认为是在不久的将来调制的二维ZnO的电子性质。
2019-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Noble gas as a functional dopant in ZnO
由于完全占据轨道，惰性气体被认为是化学惰性的，在标准条件下对材料性能的影响有限。然而，使用第一性原理计算，我们在此证明惰性气体的插入（即，He、Ne或Ar）导致材料的电子密度的局部不稳定，这是由稀有气体及其周围原子的原子轨道的不利重叠最小化驱动的。具体来说，ZnO中的惰性气体缺陷（间隙或替代）将其周围原子的电子密度推离缺陷。同时，主体材料限制惰性气体的电子密度。结果表明，He、Ne、Ar与ZnO中不同电荷态q的O空位（ZnO：VOq）的相互作用影响空位的稳定性和电子结构。值得注意的是，我们发现，惰性气体是一种功能性掺杂剂，可以离域深的间隙VOq状态和电梯与空位的导带电子。
2019-02-20 cond-mat.mtrl-sci
The Origin of Two-dimensional Electron Gas in Zn$_{1-x}$Mg$_x$O/ZnO Heterostructures
本文利用第一性原理计算揭示Zn$_{1-x}$Mg$_x$O/ZnO异质结构中2DEG的起源，指出厚层结构源于界面氧空位缺陷带，薄层结构则由表面氢、氧或OH基团吸收导致。
2023-01-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Shallow carrier traps in hydrothermal ZnO crystals
利用电荷基深能级瞬态谱（Q-DLTS）、光致发光和阴极发光显微分析研究了水热法生长的ZnO晶体中的本征浅陷阱和氢等离子体诱导浅陷阱。生长的ZnO在23 meV处呈现陷阱态，而通过等离子体掺杂产生的H掺杂的ZnO在导带以下22 meV和11 meV处显示两个能级。生长的ZnO显示出预期的束缚激子随温度从7 K增加的热衰减，而我们观察到的H掺杂的ZnO中的激子发射的异常行为，其中其强度随温度的增加在140-300 K的范围内增加。基于大量的光学结果，开发了一个定性模型，解释了Y线结构缺陷，这作为一个电子陷阱的激活能为11 meV，负责的异常温度依赖性的阴极发光的H掺杂ZnO。
2015-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Comments on All-electron mixed basis GW calculations of TiO2 and ZnO crystals
这些对Phys. Rev. B 93，155116（2016）中文章的简要评论，解决了密度泛函理论（DFT）及其局域密度近似（LDA）在准确描述材料的电子和相关性质方面的能力的无意误解。对先前与实验一致的LDA结果的疏忽部分导致了这种无意的错误陈述，此外还有一些与DFT的感知缺陷相关的断言。
2016-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of Co doped ZnO from the \textit{GW} perspective
在过渡金属掺杂的ZnO中，掺杂剂3 $d$态相对于主体导带和价带的能量位置在决定长程铁磁性的可能性方面是至关重要的。基于密度泛函理论的Co-3 $d$态在Co掺杂ZnO中的能量位置的估计根据交换相关泛函的选择而显著不同。在这项工作中，我们调查多体$GW$的DFT $+U$和混合DFT基态的顶部上的修正，以提供一个理论基准的准粒子能量在纤锌矿ZnO：Co.两个Single Shot $G_0W_0$以及部分自洽的$GW_0$，其中波函数被固定在DFT水平，但在G中的本征值被迭代，被认为是。少数自旋Co- $t_2$态的预测能量位置比ZnO导带最小值高3.0-3.6 eV，这更接近基于混合DFT的估计。
2013-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast exciton formation at the ZnO(10${\overline{\textbf{1}}}$0) surface
利用飞秒时间分辨双光子光电子能谱学研究了ZnO导带内及导带以下的超快准粒子动力学。上述带隙激发导致热电子弛豫的电子-声子散射下降到费米能级$E_\text{F}$，然后超快（200 fs）形成的表面激子（SX）。库仑相互作用的瞬态屏蔽降低了在高激发密度附近的莫特极限的SX形成概率。SX位于表面下方，对于氢诱导的功函数修改是稳定的，因此是共振能量转移应用的理想先决条件。
2014-09-30 cond-mat.mtrl-sci
New investigation of the electronic and structural properties of (Mg,Ti)-doped and co-doped ZnO structures: A DFT and DFT+U study
本研究基于DFT与CP2K代码，分析了(Mg,Ti)掺杂与共掺杂ZnO的电子和晶体结构，发现Mg掺杂增加带隙并保持直接半导体特性，Ti掺杂产生间接带隙且共掺杂体系晶格变形极小，是透明电子器件的潜在候选材料。
2025-03-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Spin-polarized electronic structure of the core-shell ZnO/ZnO:Mn nanowires probed by x-ray absorption and emission spectroscopy
结合X射线能谱分析方法和理论分析，揭示了纤锌矿ZnO纳米线阵列上沉积的Zn_（0.9）Mn_（0.1）O壳层中顺磁和反铁磁相的共存。壳是结晶的，具有朝向ZnO生长轴的取向，如通过X射线线性二色性所证明的。EXAFS分析证实，超过90%的Mn原子取代了壳层中的Zn，而第二相的分数低于10%。由Mn Kβ X射线发射谱估算出Mn的自旋磁矩为4.3μB，与置换Mn_Zn的理论值接近。而L_2，3的X射线磁性圆二色性分析表明，样品具有顺磁性，由自旋和规则直接确定的饱和自旋磁矩值为1.95μB。采用原子多重态模拟的定量分析后，这种差异被解释为共存的顺磁相和Mn的局部反铁磁耦合磁矩。最后，自旋极化电子态密度探测的自旋分辨Mn K边XANES光谱，从而分析了能带结构计算。
2013-08-30 cond-mat.mtrl-sci
One-step Preparation of ZnO Electron Transport Layers Functionalized with Benzoic Acid Derivatives
提出将苯甲酸衍生物直接加入ZnO前驱体溶液的一步表面改性法，可提升有机太阳能电池的性能与稳定性并简化制造。
2023-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Significant enhancement of room temperature ferromagnetism in surfactant coated polycrystalline Mn doped ZnO particles
本文报道了一种表面活性剂辅助合成的Mn掺杂ZnO多晶样品，通过X射线衍射分析、透射电镜、电子顺磁共振和直流磁化强度测量表征了样品的室温铁磁性。这种表面活性剂辅助合成方法，我们开发的，被发现是高度可重复性。此外，该方法还可以推广到其他过渡金属掺杂ZnO的合成。
2006-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Transition metal ions in ZnO: effects of intrashell Coulomb repulsion on electronic properties
用第一性原理方法计算了ZnO中过渡金属（TM）掺杂的电子结构.分析的结果集中在壳内库仑耦合所确定的属性。分析了直接交互通道和交换交互通道的作用。这种耦合表现在TM带隙能级的强电荷态依赖性上，这导致了光激发Mn的亚稳态，并决定了TM离子的可达平衡电荷态。交换耦合的变化幅度反映在3个$d$系列的自旋分裂能量对化学身份的依赖性，以及自旋向上自旋向下交换分裂的电荷状态依赖性。
2019-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling many-body effects in ZnO: Combined study using momentum-resolved electron energy-loss spectroscopy and first-principles calculations
本研究结合动量分辨EELS与多理论层级第一性原理计算，系统研究ZnO的介电响应，揭示多体效应作用并分析其高各向异性特征。
2024-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Excitation energy dependence of electron-phonon interaction in ZnO nanoparticles
拉曼光谱研究进行了各种光子能量的ZnO纳米粒子。当激发能从2.41 eV变化到3.815 eV时，E1-LO和E2模的强度表现出很大的变化，表明Frohlich相互作用对拉曼极化率的贡献比接近共振的形变势大得多。这两种机制的相对强度估计第一次在纳米粒子和散装相比。
2008-07-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
High-field electron transport in bulk ZnO
在（Ga，Sb）掺杂的ZnO中测量了高达150 kV/cm的电场的电流-电压依赖性。通过向两端样品施加相对短（几ns）的电压脉冲来控制沟道温度。通过对样品接触电阻和霍尔电子迁移率的估算，推导出了在给定电场下电子漂移速度对电子密度的依赖关系，范围为1.42 $\times$ 10 $^{17}$ cm $^{-3}$ ~ 1.3 $\times$ 10 $^{20}$ cm $^{-3}$.当电子密度为1.42 $\times$ 10 $^{17}$ cm $^{-3}$时，最高电子漂移速度可达$\sim$ 1.5 $\times$ 10 $^{7}$ cm/s，与热声子寿命低于1 ps时的蒙特卡罗模拟结果一致.在$\sim$ 1.1 $\times$ 10 $^{19}$ cm $^{-3}$处观察到局部漂移速度最大值，这与超快热声子衰变一致。
2016-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Assisted-hydrothermal Synthesis and Characterization of Flower-like ZnO Nanostructures
采用六次甲基四胺（HMTA）辅助水热法，以六次甲基四胺（（CH3）6N4）为表面活性剂和催化剂，在低温（90 oC）条件下在硅和玻璃衬底上制备了花状ZnO纳米棒。用ZnO纳米颗粒接种衬底。通过X射线衍射（XRD），高分辨率透射电子显微镜（HRTEM），扫描电子显微镜（SEM）技术的纳米结构的结构和形态进行了研究。证明了种子纳米颗粒对花状ZnO纳米结构形成的影响。还观察到有机含氧链在生长过程中对结晶习性的影响。
2012-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Experimental realization of purely excitonic lasing in ZnO microcrystals at room temperature: transition from exciton-exciton to exciton-electron scattering
自从对ZnO薄膜和纳米线的室温激光发射进行了开创性的观察以来，人们已经进行了大量的尝试来详细了解ZnO中的激光发射机制。尽管在过去的几十年里进行了广泛的努力，在室温下的光学增益的起源仍然是一个相当大的讨论的问题。我们发现，ZnO微晶的尺寸为几微米，在室温下表现出纯粹的激子激光，而没有表现出任何症状的电子空穴等离子体发射。然后，我们提出了不同的实验证据，室温激子激光实现激子-激子散射，因为已经普遍认为，但激子-电子散射。当温度低于~150 K时，激光机制由激子-电子散射转变为激子-激子散射。我们还认为，载流子扩散的容易程度在显示室温激子激光中起着重要的作用。
2017-03-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Confinement effects in ultra-thin ZnO polymorph films: electronic and optical properties
基于广义梯度和混合第一性原理模拟，本文对ZnO超薄膜的电性质进行了全面的表征，分别沿体心四面体（010）、立方烷（100）、h-BN（0001）、闪锌矿（110）、纤锌矿（10 $\bar{1}$ 0）和（0001）取向切割。局域态密度的特性进行了分析，在马德隆势的减少欠配位原子和表面状态/共振出现在VB的顶部和底部的CB。发现薄膜中的间隙宽度大于相应块体中的间隙宽度，这归因于量子限制效应。测定了薄膜的高频介电常数分量，计算了薄膜的吸收光谱。由于从表面共振或到表面共振的过渡，它们显示出刚好高于吸收阈值的特定特征。这项研究提供了第一次了解有限的尺寸效应的ZnO薄膜的电子性质和基准，这是有望通过光谱技术促进超薄膜的实验表征。
2016-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Mechanisms behind slow photo-response character of Pulsed Electron Deposited ZnO thin films
氧化锌（ZnO）半导体材料具有良好的光电性能，是紫外光探测器的理想材料。基于ZnO纳米结构的光电探测器在紫外光下显示出非常高的光电导性，但它们受到慢光响应时间的困扰，慢到几十个小时，甚至更多。大多数研究认为，大气中的吸附物，如水和氧气在表面上创建电荷陷阱态，并显着增加光电导和响应时间，但也有有限的研究，声称缺陷诱导态作为空穴陷阱中心负责这些问题。然而，其潜在的物理机制仍不清楚。本文研究了吸附态和缺陷态对脉冲电子沉积ZnO薄膜光响应特性的影响。为了区分这两种机制，我们比较了在紫外光和高真空下拍摄的裸ZnO和SiO_2掺杂的ZnO薄膜样品的时间相关的光响应测量。我们表明，在ZnO的光响应的主要机制是吸附/脱附的氧和水分子，即使在高真空下进行测量。当样品被薄SiO2层包裹时，吸附/脱附速率可以显著提高，并且这些分子的影响部分被去除。
2019-06-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Defect energetics and electronic structures of As-doped p-type ZnO crystals: A first-principles study
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了As掺杂p型ZnO半导体的制备机理.通过计算形成能和电离能，证实AsZn-2 VZn配合物是最有可能的p型掺杂受主。计算了含AsZn-2 VZn缺陷复合物的ZnO块材的电子能带结构和原子投影态密度。在AsZn-2 VZn能带结构中，受主能级为0.12 eV，与实验测得的电离能（0.12 ~ 0.18 eV）一致。在价带峰附近观察到O 2 p、Zn 3d和As 4 s态的杂化。
2013-05-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Study of novel properties of graphene-ZnO heterojunction interface using density functional theory
本研究基于第一性原理模拟，分析了石墨烯-ZnO异质结界面的结构、电子与光学特性，发现界面电荷转移不影响石墨烯导电性，为该混合材料在光催化和太阳能电池中的应用提供了理论依据。
2023-05-22 cond-mat.mtrl-sci
The structural, magnetic and optical properties of TMn@(ZnO)42 (TM = Fe, Co and Ni) hetero-nanostructure
磁性过渡金属氧化物纳米颗粒由于其广泛的应用而引起人们极大的兴趣，从磁共振成像中的医学传感器到光催化。虽然已经报道了一些关于TM@氧化物小团簇的研究，但对TMn@（ZnO）42的物理电子性质的理解还远远不够。本文采用密度泛函理论研究了TMn@（ZnO）42（TM = Fe，Co，Ni）异质纳米结构的电子、磁性和光学性质。结果表明，Fe 13 @（ZnO）42、Co 15 @（ZnO）42和Ni 15 @（ZnO）42是最稳定的核壳结构。此外，还预测了TMn @ ZnO 42异质纳米结构中Fe、Co和Ni的磁矩和磁性的变化主要源于核TM-3d轨道和壳O-2 p轨道的有效杂化，并研究了Fe 15 @（ZnO）42的磁矩反转.最后，通过计算研究的光学性质表明，与（ZnO）48的情况相比，在吸收光谱中的红移现象。
2017-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and optical excitations at the pyridine/ZnO(10$\overline{1}$0) hybrid interface
将全电子密度泛函理论与多体微扰理论相结合，研究了吡啶分子在ZnO（$10\overline{1}0$）非极性表面上的化学吸附.我们采用$G_0W_0$近似来描述它的准粒子能带结构的单粒子激发，并求解Bethe-Salpeter方程获得的吸收光谱。组分的不同特性导致各个Kohn-Sham态的非常不同的自能校正，因此$G_0W_0$能带结构与其DFT对应物明显不同，即，多体效应不能被认为是导带的刚性移动。我们探讨了在很宽的能量范围内的界面处的光激发的性质，并表明形成了各种电子-空穴对，包括混合激子和（混合）电荷转移激发。的吸收开始的特征在于由一个强烈的约束明亮的ZnO为主的混合激子。对于任一激子类型的选定的例子，我们分析了从价带和导带的个人贡献，并讨论了电子-空穴波函数的结合强度和扩展。
2018-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Real-time simulations of laser-induced electron excitations in crystalline ZnO
本研究针对超短强红外激光诱导的晶体ZnO非平衡电子动力学，采用三种理论方法对比研究其导带布居机制，证实含时密度泛函理论可准确描述中间激发区的电子激发过程。
2025-03-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Challenges and opportunities of ZnO-related single crystalline heterostructures
ZnO异质结构的最新技术进步已经将器件功能扩展到各种应用。为了在异质结构中提取新的器件功能，需要制造具有最小杂质、缺陷和无序的高质量薄膜和界面。采用分子束外延（MBE）和单晶ZnO衬底，可以大幅度降低ZnO薄膜和MgxZn 1-xO异质结构中的残余杂质和缺陷密度，显著提高ZnO薄膜和异质结构的光电性能。在这里，我们从应用的各个方面概述这种最新的技术进步。对于紫外区的光发射器和光检测器等光电子器件，分别对p型ZnO的开发和优良肖特基接触的制造进行了多年的深入研究。对于前者，通过对生长条件的微调，使MgxZn 1-xO尽可能本征化，为通过NH3掺杂方法制备p型MgxZn 1-xO提供了可能性。对于后者，导电和透明的聚合物薄膜上旋涂MgxZn 1-xO显示出几乎理想的肖特基结。通过改变Mg含量，可以实现波长选择性检测。从电子器件的角度来看，受限于MgxZn 1-xO/ZnO界面的二维电子由于具有高的电子迁移率和强的电子-电子关联效应，有望成为量子器件的候选材料。ZnO基异质结构的这些美妙特征和巨大机会使该系统在氧化物电子学中独一无二且充满希望，并将在光电子器件和电子应用中带来新的量子功能，具有更低的能耗和高性能。
2013-11-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic and atomic structure of complex defects in highly n-type doped ZnO films
采用第一性原理电子结构计算方法研究了Ga和Al掺杂ZnO薄膜中的点缺陷。候选人的缺陷，以解释最近观察到的差异，这两个系统的电气和光谱行为。Ga-ZnO中的替代掺杂解释了电学性质的金属行为。间隙氧与取代Ga的复合物可以作为受体并引起部分补偿，以及在光电发射实验中观察到的导带最小值以下的带隙状态。Zn空位也可以充当补偿受主。另一方面，Al-ZnO的半导体化行为以及与纯ZnO相比光学带隙的微小变化，可以用受主Zn空位和替代Al施主之间几乎完全的补偿来解释。间隙Al也可以是施主能级，并且可以是在费米能级以下的光电发射实验中观察到的小带的起源。替位Al与间隙氧的组合可同时作为上述光电发射带的补偿受主和产生子。理论计算采用密度泛函理论在广义梯度近似下进行。在选定的情况下，DFT计算与半局部精确交换混合泛函已被执行。在相应的掺杂水平的Ga-ZnO和Al-ZnO的光电子能谱的结果进行了比较。
2013-11-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic coupling properties of rare-earth metals (Gd, Nd) doped ZnO: first-principles calculations
采用第一性原理方法研究了稀土金属（Gd，Nd）掺杂ZnO的电子结构和磁耦合性质。结果表明，在最近邻位Gd或Nd离子之间的磁耦合是铁磁性的。通过对ZnO：Gd体系进行适当的电子掺杂，可以提高Gd离子间铁磁耦合的稳定性，实现室温铁磁性。而对于ZnO：Nd体系，适当的空穴掺杂可以增强Nd离子间的铁磁性。在\emph{n}导电的ZnO：Nd样品中也可以实现室温铁磁性。我们的计算结果与最近的实验结果符合得很好。讨论了本征缺陷（V $_{\rm{Zn}}$，V $_{\rm{O}}$）对铁磁性的影响。
2010-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism in Fe-doped ZnO Nanocrystals: Experimental and Theoretical investigations
成功合成了Fe掺杂ZnO纳米晶，并利用X射线衍射和透射电镜对其结构进行了表征。在相同系统上的磁化测量揭示了铁磁到顺磁转变温度> 450 K，由于纳米颗粒系统中无序表面自旋的倾斜，具有从铁磁到自旋玻璃态的低温转变。局部磁探针，如EPR和穆斯堡尔表明存在的Fe在两个价态Fe 2+和Fe 3+。我们认为，Fe 3+的存在是由于在系统中的阳离子（Zn）空位可能的空穴掺杂。通过从头算电子结构计算，研究了Fe掺杂ZnO体系中的缺陷（如O空位和Zn空位）对铁磁性的性质和起源的影响。电子结构计算表明空穴掺杂（锌空位）是更有效地稳定铁磁性Fe掺杂ZnO和我们的结果是一致的铁磁性Fe掺杂ZnO样品中的空穴掺杂的实验签名。
2007-02-22 cond-mat.mtrl-sci
High spin states of cation vacancies in GaP, GaN, AlN, BN, ZnO and BeO: A first principles study
用第一性原理计算分析了GaP、GAN、AlN、BN、ZnO和BeO中阳离子空位的高自旋态。自旋极化空位诱导能级位于GaP、ZnO和BeO的带隙中。在氮化物中，较强的交换耦合迫使空位态与价带共振，禁止在GAN和BN中形成带正电荷的空位，并允许p-AlN中的Al空位呈现最高可能的S=2自旋态。自旋密度的形状，各向同性的锌尖晶石结构中，具有明显的方向性的特点，在纤锌矿结构。空位态的自旋极化稳定性由阴离子的自旋极化能以及空位邻居之间的原子间距离决定，因此由宿主的晶格常数和空位周围的原子弛豫两者给出。实验的影响进行了讨论。
2011-04-22 cond-mat.mtrl-sci
A report on the magnetic order of transition-metal $δ$-doped cubic ZnO
本文报道了过渡金属（Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni）$δ$掺杂ZnO的性质的初步研究结果。采用\emph{ab-initio}电子结构计算方法，研究了ZnO的立方岩盐和锌盐结构的磁序。基态磁序强烈依赖于过渡金属原子。
2013-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Linear-response calculation of the effective Coulomb interaction between closed-shell localized electrons: Cu, Zn, and ZnO
提出了一种计算闭合壳层局域电子有效库仑相互作用（$U$）的线性响应方法，并应用于基于平面波基密度泛函理论的$3d$闭合壳层体系（Cu，Zn，ZnO）的计算.由于闭壳层局域态远低于费米能级，因此施加投影到局域态的大局域扰动势（$α$）以诱导有目的的密度响应（$Δn$）。从$α$中，去除了开始诱导$Δn$的密度响应开始的扰动潜在成本。有效库仑相互作用的主要屏蔽通道是从微扰局域态释放的巡游电子。基于局域密度近似加上$U$计算了Cu、Zn和ZnO的$3d$电子结合能，并将线性响应计算的$U$值与实验值进行了比较，结果与实验值吻合较好.
2014-03-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
High electron mobility single-crystalline ZnSnN2 on ZnO (0001) substrates
本文采用反应磁控共溅射法在ZnO（0001）衬底上制备了ZnSnN_2单晶。通过在氮气气氛中从金属靶共溅射在350 ℃下实现外延生长，并通过透射电子显微镜（TEM）测量证实。TEM证实，该层是六方相的单晶，表现出与衬底的外延关系。从界面处产生的螺旋型螺纹位错被认为是主要的扩展缺陷。更具体地说，我们报告了一个开创性的测量在这种材料中的位错密度。尽管没有文献数据可供直接比较，但这些值是不采用缺陷密度降低策略的III族氮化物层的异质外延生长的典型值。该薄膜显示出创纪录的电子迁移率。化学计量比和富锌样品的光学带隙分别为1.86 eV和1.72 eV。因此，我们得出结论，ZnSnN2是一种地球资源丰富，环境友好的半导体，是电子和光子学中具有成本效益的组件的有前途的候选者。
2020-06-19 cond-mat.mtrl-sci
