Prediction of new sp3 silicon and germanium allotropes from the topology-based multiscale method
这篇文章继续我们最近的出版物[I.A. Baburin和D.M.普罗塞皮奥和VA Saleev和A.V.Shipilova，Phys.Chem.Chem.Phys.17，1332（2015）]，其中我们已经提出了基于为沸石提出的拓扑结构的sp3碳同素异形体的综合计算研究。在这里，我们预测六个新的硅和六个新的锗同素异形体具有相同的空间群对称性和拓扑结构的碳同素异形体，并研究其结构，弹性，振动，电子和光学性质。
2017-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Mutual Drag of Light and Heavy Holes on conductivity of p-Silicon and p-Germanium
本文考虑了p型Si和p型Ge的电导率，并考虑了轻重空穴间的相互拖曳。结果表明，在中小温度下，这种拖曳力使轻空穴的漂移速度明显减小，从而使晶体的总电导率减小。在这里考虑拖曳效应出现，以及在非单调的形式电导率对温度和载流子密度的依赖。
2010-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Armchair nanoribbons of silicon and germanium honeycomb structures
我们提出了第一性原理研究的裸露和氢钝化的扶手椅纳米带的起皱的单层蜂窝结构的硅和锗。我们的研究包括原子结构的优化、基于声子色散计算的稳定性分析、电子结构以及带隙随带宽的变化。硅和锗纳米带的带隙表现出与石墨烯纳米带相似的族行为。裸纳米带的边缘被尖锐地重构，这可以通过在边缘处的悬挂键的氢终止来消除。纳米晶宽度的周期性调制导致可以充当多量子阱的超晶格结构。特定的电子态被限制在这些阱中。约束的趋势定性解释包括界面的影响。为了研究宽和长的超晶格结构，我们还进行了经验紧束缚计算与\textit{ab initio}计算确定的参数。
2010-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
General Model of Diffusion of Interstitial Oxygen in Silicon and Germanium Crystals
用分子力学、半经验和从头算方法对硅和锗晶体中氧扩散系数进行了理论模拟。据建立，间隙氧原子（Oi）的扩散过程是由最接近Oi的三个硅（锗）原子的最佳配置控制。计算得到激活能Ea（Si）= 2.59 eV，Ea（Ge）= 2.05 eV，指前因子Do（Si）= 0.28 sm 2 s-1，Do（Ge）= 0.39sm ~ 2·s ~（-1）与实验值符合得很好，并首次较好地描述了Si晶体中氧扩散常数随温度的变化关系（T=350 - 1200 ℃）。流体静压（P<80 kbar）导致扩散势垒线性降低（对于Si晶体dEa/dP = -4.38 × 10（-3）eV kbar-1）。计算出的硅晶体中的氧扩散系数的压力依赖性同意以及与氧相关的热施主的压力增强的初始生长。
2004-12-16 cond-mat.mtrl-sci
Germanium crystals on silicon show their light
锗和硅锗合金由于其与Si加工的兼容性以及通过应变和带隙工程定制电子特性的能力而进入Si技术。锗的潜力，以扩大硅功能，作为例证的激光作用的应变锗硅基板上，带来了材料的关注。然而，尽管有这些进展，由源自Ge/Si界面的晶体缺陷引起的非辐射跃迁仍然是严重的瓶颈。在这里，我们展示了通过控制和减轻微米级Ge/Si晶体中缺陷的寄生活性实现的急剧发射增强。我们揭示了缺陷如何影响带间发光，并通过控制载流子扩散带隙工程反射器的影响最小化。我们最后扩展了这种方法，设计了高效的量子阱发射器。我们的研究结果铺平了道路，大规模实施先进的电子和光子结构不受无处不在的存在缺陷开发的外延界面。
2013-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Temperature effects on dislocation core energies in silicon and germanium
采用非平衡态方法估算自由能，结合蒙特卡罗模拟，研究了温度对硅和锗中90度部分位错能量的影响。原子间相互作用用Tersoff和EDIP原子间相互作用势描述。我们的研究结果表明，振动熵的影响，增加自由能之间的差异的两种可能的重建的90度部分，即单周期和双周期的几何形状。这种效应进一步增加了高温下双周期重构的能量稳定性。结果还表明，非谐效应可能发挥重要作用，在确定这些缺陷的结构特性在高温制度。
2004-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Model for the on-site matrix elements of the tight-binding hamiltonian of a strained crystal: Application to silicon, germanium and their alloys
我们讨论了应变金刚石或锌-金刚石晶体或纳米结构的sp 3d 5s * 紧束缚哈密顿量的现场矩阵元的模型。该模型具有现场，非对角耦合之间的s，p和d轨道，并能够再现任意应变的带能量和有效质量在整个布里渊区的影响。它只引入了几个额外的参数，并且没有任何含糊之处，这些含糊之处可能来自于将宏观应变定义为原子位置的函数。以硅、锗及其合金为例，说明了该模型的应用。特别是，我们做了一个详细的比较紧束缚和从头计算的数据应变硅，锗和SiGe。
2009-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Carrier and Spin Coherent Dynamics in Strained Germanium-Tin Semiconductor on Silicon
锗锡是一种具有优良光子性能的材料。在这里，我们展示了光学初始化和读出自旋在这个有趣的IV族半导体合金和报告塞曼分裂水平之间的自旋量子拍下的外部磁场。我们的光学实验揭示了强大的自旋取向在很宽的温度范围内和持久的自旋寿命，在室温下接近ns政权。除了非辐射复合途径的重要见解，我们的研究结果揭示了丰富的自旋物理在传统的硅衬底上直接生长的新型外延结构。这为IV族半导体工具箱与先进的自旋电子学和光子学能力的协同富集引入了一条可行的路线。
2017-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Structural and Electronic Properties of Amorphous Silicon and Germanium Monolayers and Nanotubes: A DFT Investigation
本研究借助DFT分子动力学模拟，探究硅、锗的单层非晶碳类似物及对应纳米管的结构与电子特性，发现其能量排序与硅烯、锗烯一致，电子行为覆盖金属到小带隙半导体，且具备合成可行性。
2024-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Spin-dependent optical properties in strained silicon and germanium
我们提出了自旋极化Si和Ge圆极化发光及其对应变依赖性的全面理论。波函数和相互作用的对称性被用来获得简明的比率之间的强度的右和左的圆偏振发光的每个占主导地位的声子辅助的光学跃迁。这些比率，然后用来解释的圆偏振度的发光峰的光谱中的双轴应变的Si和Ge，和放松的${\rm{Si}}_{1-x}{\rm{Ge}}_{x}$合金。用经验赝势法、绝热键荷模型和刚性离子模型相结合的方法对光谱进行了数值计算。
2012-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of the beta$-tin->Imma->sh phase transitions in silicon and germanium
我们研究了硅和锗的高压相的结构序列。我们已经集中于cd->beta-tin->Imma->sh相变。我们已经使用平面波赝势方法的密度泛函理论内实现的维也纳从头计算模拟包（VASP）。我们已经确定了每个结构的平衡性质和临界参数的值，包括在相变的滞后效应。相变的顺序已获得交替从压力依赖的焓和内部结构参数。通常使用的切线结构是非常不可靠的。我们的计算确定了一个一阶相变从cd到β-锡和从Imma到sh相，他们表示的可能性，从β-锡的第二阶相变的Imma相。最后，我们导出了相之间的焓垒。
2004-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Luminescence decay dynamics of germanium nanocrystals in silicon
在16 K到室温的温度范围内，研究了镶嵌在晶体硅中的锗纳米晶体的发光衰减动力学。在室温下，特征衰减时间为50纳秒的量级，而在低温下则延伸到微秒范围。衰变主要由非辐射过程，这表明一个典型的热活化能为几毫电子伏。
2010-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Auger recombination and carrier multiplication in embedded silicon and germanium nanocrystals
在三维实空间网格中，采用经验赝势波函数，精确计算了宽禁带中Si和Ge纳米晶的俄歇复合寿命和载流子倍增寿命.我们的结果支持最近的实验数据提供了新的预测。我们提取简单的俄歇常数有效的NC。我们表明，硅和锗纳米碳可以受益于光伏效率的提高，通过CM由于以下事实，即在超过两倍的带隙能量的光激发下，电子获得狮子的份额从总过剩能量，并可以导致CM。我们预测，CM变得特别有效的热电子与CM阈值以上约1 eV的过剩能量。
2008-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Position-controlled functionalization of vacancies in silicon by single-ion implanted germanium atoms
半导体中的特殊点缺陷被认为是量子信息技术的合适组成部分。在硅中发现新的、易于激活和控制的深中心是该领域研究的主要目标。空位相关复合物适合于提供深电子能级，但它们很难在空间上控制。为了研究在可控位置具有有意空位相关缺陷的固态器件，本文报道了通过单离子注入Ge原子，产生Ge-空位（GeV）复合物来功能化硅空位。我们研究了硅基晶体管中GeV复合物阵列的量子输运。通过利用一个模型的基础上的扩展哈伯德哈密顿量来自从头算结果，我们发现异常的激活能值的热激活电导的准局域化和离域多体状态，相比传统的掺杂剂。我们确定这样的状态，形成上哈伯德带，负责实验的跨晶体管的亚阈值运输。我们的模型与单离子注入方法相结合，使未来的研究工程的GeV复合物对创造空间可控的个人缺陷在硅中的应用在量子信息技术。
2021-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Evidence of silicene in honeycomb structures of silicon on Ag(111)
在寻找硅烯（硅的二维蜂窝晶格）的证据时，重要的是获得Ag（111）上Si结构演化的完整图像，Ag（111）被认为是迄今为止最适合硅烯生长的基底。在这项工作中，我们报告的发现和发展的几个单层超结构的硅在Ag（111）取决于覆盖率和温度。结合第一性原理计算，对这些相的详细结构进行了解释。发现这些结构共享硅环的共同构建单元，并且它们从硅烯的片段演化为完整的单层硅烯和多层硅烯。我们的研究结果阐明了硅烯是如何在Ag（111）表面形成的，并为合成高质量和大规模的硅烯提供了方法。
2012-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Characterization and Predictive Modeling of Epitaxial Silicon-Germanium Thermistor Layers
通过实验和模拟分析了外延硅锗（SiGe）层的电阻热系数（TCR）。使用漂移扩散形式主义和自洽量子力学解的预测模拟得到了类似的结果，在300 K时TCR约为2%/K。这种建模方法可以用于不同的、渐变的和恒定的SiGe轮廓。它还能预测本底自掺杂对探测器TCR的影响
2011-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Spectroscopy of Valley Splitting in a Silicon/Silicon-Germanium Two-Dimensional Electron Gas
应变硅量子阱中导电谷的二重简并度的提升对于自旋量子计算是至关重要的。在这里，我们得到了一个准确的测量分裂的谷态在低场区域的兴趣，使用微波光谱技术的电子谷共振（EVR）。我们比较我们的结果与传统的方法，观察线性磁场依赖的谷分裂，和一个强大的低场抑制，符合最近的理论。共振线宽在$T\simeq 300$ mK以上有明显的增强。
2006-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopy and transport of nonpolarons in silicon and germanium: the influence of doping and temperature
该研究通过第一性原理和累积量展开方法，揭示了硅和锗中非极化子的光谱特征及掺杂和温度的影响，并解释了锗迁移率高于硅的原因。
2025-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of high zT in thermoelectric silicon nanowires with axial germanium heterostructures
利用第一性原理密度泛函理论、原子间相互作用势和Landauer-Buttiker输运理论计算了Ge异质结构p型Si纳米线的热电优值zT=S^2GT/（κ_l+κ_e）。我们认为纳米线与多达8400个原子和12个Ge轴向异质结构沿其长度。我们发现，引入异质结构总是降低S^2G，并且我们计算的zT的增加主要是由相关的κ_l的降低驱动的。在所考虑的系统中，<111>具有规则分布的Ge异质结构的纳米线具有最高的品质因数：zT=3，比等效的原始纳米线大一个数量级。即使在现实的结构紊乱的存在下，在异质结构的长度的小的变化的形式，zT仍然比原始的情况下的几倍大，这表明轴向异质结构是一个有前途的路线高zT热电纳米线。
2011-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Order in Non-Equilibrium Silicon-Germanium-Tin Semiconductors
单晶合金中原子有序的精确知识是理解和预测其物理性质的基础。从这个角度出发，我们利用激光辅助原子探针层析成像来研究非平衡外延富锡IV族SiGeSn三元半导体中原子的三维分布。不同的原子探针统计分析工具，包括频率分布分析，部分径向分布函数，和最近邻分析，以评估和比较的行为的三个元素，它们的空间分布在一个理想的固溶体。这种原子水平的分析提供了明确的证据，一个意想不到的排斥Sn和Si之间的相互作用，导致偏离理论的随机分布的Si原子。这种偏离理想的固溶体是支持第一个主要的计算和归因于该系统的倾向，以减少其混合焓在整个层的逐层生长过程。
2017-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Comparison of Process of Diffusion of Interstitial Oxygen Atoms and Interstitial Hydrogen Molecules in Silicon and Germanium Crystals: Quantumchemical Simulation
本文对硅、锗晶体中间隙氧原子和氢分子的扩散过程进行了理论分析。计算了间隙氧原子Ea（Si）= 2.59 eV，Ea（Ge）= 2.05 eV，D（Si）= 0.28 cm ~ 2s ~（-1），D（Ge）= 0.39 cm ~ 2s ~（-1）和间隙氢分子Ea（Si）= 0.79-0.83 eV，Ea（Ge）= 0.58-0.62 eV，D（Si）= 7.4 × 10（-4）cm ~ 2·s ~（-1），D（Ge）= 6.5 × 10（-4）cm ~ 2·s ~（-1）与实验值符合得很好，并首次较好地描述了Si和Ge晶体中间隙氧原子和氢分子扩散常数的实验温度关系。研究表明，对于与晶格（间隙氧原子）具有强相互作用的杂质原子的情况，扩散过程具有协同性质--激活能和指前因子由三个最近晶格原子的最佳位置控制。对于具有弱相互作用（间隙氢分子）的扩展缺陷的情况，扩散过程由受到与氢分子旋转相关的波动的激活势垒确定。本文还讨论了静水压力对扩散过程的影响。
2006-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Electron paramagnetic resonance of n-type silicon and germanium for applications in 3D thermometry
虽然存在几种2D测温技术，但缺乏适用于各种材料并在时间，空间和温度方面提供良好分辨率的3D测温技术。X射线衍射（XRD）和核磁共振（NMR）成像可以提供3D温度信息。然而，XRD通常限于结晶材料，而NMR在很大程度上限于共振线窄的液体。我们研究了n型硅和锗的电子顺磁共振（EPR）三维测温。虽然在锗中的EPR线宽太宽，但硅中的EPR线宽相当窄，并且表现出很强的温度依赖性。对于低掺杂浓度，n型Si中传导电子的自旋-晶格弛豫速率（1/T1）的温度依赖性由于声子展宽而遵循T^3定律。对于重掺杂的Si，期望其具有良好的信噪比（SNR）以用于测温，期望杂质散射降低1/T1的温度依赖性。我们的研究结果表明，在重掺杂的n型硅，自旋晶格弛豫引起的杂质散射并没有急剧降低EPR线宽的温度依赖性。在施主浓度为7 × 10^18 /cm ^3的P掺杂Si中，EPR线宽具有T^（5/2）温度依赖性;当施主浓度为7 × 10^19 /cm ^3时，温度依赖性降低到T^（3/2）。虽然随着掺杂浓度的增加，线宽的温度依赖性降低，但EPR线宽仍然是一个敏感的温度计。我们定义了一个从EPR线宽的n型硅测温SNR的品质因数，并观察到，增加掺杂的结果在一个更好的SNR。利用有效介质理论，我们表明，EPR线宽可以是一个敏感的温度计，应用于三维测温系统嵌入微粒的重掺杂n型硅。
2023-01-18 cond-mat.mtrl-sci
One-dimensional Silicon and Germanium Nanostructures With No Carbon Analogues
在这项工作中，我们报告了新的硅和锗管状纳米结构，没有相应的稳定的碳类似物。通过从头算方法研究了这些新管的电子和力学性质。我们的研究结果表明，该结构具有较低的能量比其相应的纳米结构，是稳定的高温（500和1000 K，硅和锗管，分别）。这两种管都是半导体的，具有小的间接带隙，可以通过压缩和拉伸应变显着改变。大的带隙变化几乎50%的应变率小到3%，这表明在传感器设备中可能的应用。它们还具有高杨氏模量值（分别为0.25和0.15 TPa）。TEM图像进行了模拟，以帮助识别这些新的结构。
2014-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Enhancement of the electronic thermoelectric properties of bulk strained silicon-germanium alloys using the scattering relaxation times from first principles
本研究利用第一性原理方法计算单晶n型硅锗合金的电子热电性能，发现3%拉伸静水压应变在高温高掺杂下可使ZT提高50%，其增强机制在不同Ge组分下分别源于Lorenz数降低和Γ导带谷电子占据导致的电导率增加。
2019-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Auger-mediated radiative recombination in three-dimensional silicon/silicon-germanium nanostructures
在具有II型能带排列的半导体异质结构中，电子和空穴之间的空间分离减慢了它们的辐射复合。随着激发强度的增加，俄歇复合迅速成为占主导地位的复合通道，并产生量子阱中的载流子喷射。在这里，我们表明，在Si/SiGe三维纳米结构，这种有效的过程有利于形成的电子空穴等离子体（EHP）和/或电子空穴液滴（EHD）在薄Si屏障分离SiGe集群。与传统的、强烈的温度依赖性和缓慢的体硅中的辐射载流子复合相反，纳米厚硅层中的EHD/EHP发光几乎与温度无关，辐射寿命接近10^-8 s，仅比直接带隙III-V族半导体中的发光稍慢。
2008-09-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Bottom-up assembly of metallic germanium
要将芯片性能扩展到目前的封装极限之外，就需要与硅平台集成良好的新材料和功能。锗符合这些要求，并已被提议作为高迁移率沟道材料，[1]硅集成激光器中的发光介质，[2，3]和用于生物传感的等离子体导体。[4，5]这些不同应用的共同点是需要三维（3D）中的均匀，高电子密度。在这里，我们使用一个自下而上的方法来证明原子尖锐的掺杂分布在锗的二维（2D）高密度磷层的重复堆叠的3D组件。这就产生了高密度（10 ^19至10 ^20 cm-3）、低电阻率（10^-4 Ohmcm）的金属锗，其厚度精确定义，超出了基于扩散的掺杂技术的能力。[6]我们证明，自由电子从不同的二维掺杂剂层合并成一个均匀的三维导体使用各向异性量子干涉测量，原子探针层析成像，和密度泛函理论。
2015-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Dangling bonds as possible contributors to charge noise in silicon and silicon-germanium quantum dot qubits
针对硅及硅锗量子点自旋量子比特受电荷噪声限制门保真度的问题，本研究通过杂化泛函计算发现Ge悬挂键是关键电荷俘获中心，合金均匀性与悬挂键钝化对提升器件性能具有重要意义。
2023-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical study of small signal modulation behavior of Fabry-Perot Germanium-on-Silicon lasers
通过建模仿真研究法布里-珀罗硅基锗激光器的小信号调制特性，分析结构参数对3dB带宽的影响，优化后预测在270.5 mA下带宽达33.94 GHz。
2022-07-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hexagonal germanium grown by molecular beam epitaxy on self-assisted GaAs nanowires
像硅和锗这样的第IV族半导体材料有望显示出显着的光电性能，用于未来光子技术的发展。然而，迄今为止，在气-液-固方法中六方IV族半导体的制造已经使用金作为催化剂获得。在这封信中，我们展示了六角锗自辅助GaAs纳米线的合成使用分子束外延。通过精确调节Ga和As分子束流，我们在生长过程中选择了GaAs纳米线的晶相，立方或六方。获得了具有高结构质量且没有任何可见缺陷的500 nm长的Ge六方晶段，并且我们使用扫描透射电子显微镜显示锗保持核心的晶相。最后，X射线光电子能谱学揭示了一个强大的纳入的Ge中的As。这项研究表明，第一次生长的六角锗在无金的方法，集成在硅衬底上。
2021-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion processes in germanium and silicon films grown on Si$_3$N$_4$ substrates
在这篇文章中，发生在分子束沉积过程中的锗层的Si $_3$ N $_4$介质衬底的Ge膜生长温度范围（30至600°C）的宽的调查结果。与N $-$ H和Si $-$ N键振动相关的红外吸收带的强度随着Ge沉积温度的升高而降低。这一现象似乎不能仅仅解释为热激活过程。同时，在X射线光电子能谱中出现了对应于Ge $-$ N振动键的峰。我们假设在含有氢原子的Si_3N_4介质衬底上淀积锗层会导致氢原子从介质层扩散到生长的薄膜中。实验结果可以用一个模型来解释，根据该模型，氢原子从Si $_3$ N $_4$层迁移到生长的锗膜中是由于介电层和锗膜中的氢原子的化学势不同。该过程引发锗原子在相反方向上扩散到Si $_3$ N $_4$层中，在此它们连接到由于氢原子的逃逸而产生的氮原子的自由键。在Si $_3$ N $_4$衬底上沉积硅层期间发生类似的过程。
2021-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room temperature donor incorporation for quantum devices: arsine on germanium
锗已成为自旋电子学和量子信息应用中非常有前途的材料，与硅相比具有显著的基本优势。然而，使用施主原子作为量子比特来创建原子级器件的努力主要集中在硅中的磷上。以原子级精度在硅中定位磷需要热结合退火，但该步骤的低成功率已被证明是阻止按比例放大到大规模器件的基本限制。在这里，我们提出了一个全面的研究砷（AsH $_3$）的锗（001）表面。我们表明，与任何以前研究的硅或锗掺杂剂前体，砷原子完全纳入替代表面晶格在室温下的网站。我们的研究结果为下一代原子级施主器件铺平了道路，该器件将锗的优越电子特性与砷化氢/锗化学的增强特性相结合，有望扩大到大量确定性放置的量子位。
2022-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Germanene: a novel two-dimensional Germanium allotrope akin to Graphene and Silicene
以金（111）表面为衬底，用分子束外延法原位生长了原子厚度的二维有序多相薄膜。它的生长与银（111）模板上硅烯层的形成有很强的相似性。在扫描隧道显微镜中观察到的形成大域的相之一显示出清晰的、几乎平坦的蜂窝状结构。得益于全面的同步辐射核能级光谱测量和先进的密度泛函理论计算，我们可以将其识别为$\sqrt{3}$ x $\sqrt{3}$ R（30°）锗烯层，与$\sqrt{7}$ x $\sqrt{7}$ R（19.1°）Au（111）超晶胞重合，从而提出了石墨烯的新型合成锗基表亲诞生的第一个令人信服的证据。
2014-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Space-filling, multi-fractal, localized thermal spikes in silicon, germanium and zinc oxide
提出了重离子辐照固体团簇发射的机制是热尖峰。基于碰撞级联的理论描述了原子溅射，但不能解释一致观察到的显着团簇发射的实验证据。热尖峰的统计热力学参数在这里采用定性和定量估计的热尖峰诱导的团簇发射从硅，锗和氧化锌。在元素和分子半导体固体的不断发展的级联和尖峰示出具有分形特征。用幂律势计算了原子的分形维数，发现分形维数与幂律势的指数有关。每个照射离子具有引发空间填充、多重分形热尖峰的概率，所述多重分形热尖峰可以通过以取决于相应表面空位的形成能量的相对比率发射团簇来升华表面附近的局部区域。
2018-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hidden orbital polarization in diamond, silicon, germanium, gallium arsenide and layered materials
以前认为，具有反转对称性的非磁性材料的布洛赫电子态不可能具有有限的自旋极化。然而，自从Zhang等人[Nat.Phys.10，387 - 393（2014）]关于非磁性中心对称材料中布洛赫态的局部自旋极化的开创性工作以来，自旋电子学的范围已经显著拓宽。在这里，我们使用一个普遍适用的框架来证明，该框架与隐藏的自旋极化是否很小无关（例如，金刚石、Si、Ge和GaAs）或大的（例如，MoS2和WSe 2），由轨道自由度而不是自旋自由度产生的相应量，即隐藏的轨道极化，（i）在自然界中更丰富，因为它甚至在没有自旋轨道耦合的情况下也存在;（ii）更基本，因为位置相关的轨道角动量算符的带间矩阵元决定了隐藏的自旋极化。我们预测，隐藏的自旋极化的过渡金属dichalcogenides压缩后显着减少。我们建议的实验签名的隐藏轨道极化的光电子能谱，并证明了电流诱导的隐藏轨道极化可能发挥更重要的作用比它的自旋对应物在反铁磁信息技术通过计算电流驱动的反铁磁性压缩硅。
2017-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Low-energy tetrahedral polymorphs of carbon, silicon, and germanium
用密度泛函理论和从头算随机结构搜索（AIRSS）方法对低能四面体多晶型碳和硅进行了计算。在我们的搜索中获得的几个假设相具有比第14族元素的其他多晶型物更低或相当的结晶度，这些多晶型物已经被实验合成或最近被提出作为实验中获得的未知相的结构，因此应该被认为是特别有趣的候选者。在晶胞中具有24个原子的P-bam对称结构被发现是碳、硅和锗中的低能量、低密度亚稳多晶型物。在硅中，发现Pbam在区域中心具有直接带隙，估计值为1.4 eV，这表明其作为光伏材料的应用。我们还发现了一个低能手性骨架结构的P41 21 2对称性与20个原子，每个细胞含有五重螺旋原子，其投影拓扑结构是所谓的开罗型二维五边形平铺。我们认为，P41 21 2是一个可能的候选人的未知相硅XIII的结构。我们详细讨论了Pbam和P41 21 2，将它们的能量和结构与其他14族元素的能量和结构进行了对比，特别是最近提出的P42 /ncm结构，我们还提供了一个详细的解释，作为一个倾斜的类金刚石四面体网络。
2015-08-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Improved Thin Film Quality and Photoluminescence of N-Doped Epitaxial Germanium-on-Silicon using MOCVD
采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法，在Si上原位生长了磷、砷掺杂的Ge结构。通过对薄膜表面粗糙度、应变、穿透位错密度、Si-Ge互扩散、掺杂扩散和光致发光的表征，研究了缺陷退火和Si衬底切边效应对Ge薄膜质量以及发光性能的影响。所有样品表面光滑（粗糙度< 1.5 nm），Ge薄膜的拉伸应变为0.2%。生长态的P和As掺杂Ge薄膜在没有缺陷退火的情况下具有2.8e8到1.1e9 cm^（-2）的穿透位错密度。随着热循环，这些值降低到1-1.5e8 cm^（-2）。Si衬底的六度切边被示出具有很小的影响。与delta掺杂相反，掺杂剂的向外扩散已被成功地抑制以在缺陷退火时保持掺杂浓度。然而，光致发光强度的下降主要是由于硅锗相互扩散，这也导致了发射波长的蓝移。与2012年第一个用delta掺杂方法掺杂的Ge激光器工作中的benckmarking样品相比，在25%掺杂浓度下，生长的P或As掺杂的Ge薄膜具有相似的光致发光强度和更光滑的表面，这是具有更好的发光效率的Ge激光器的前景。
2019-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial growth of graphene-like silicon nano-ribbons
石墨烯是一种由碳原子紧密堆积成二维蜂窝晶格（一个原子厚的石墨片）的平面单层，是目前纳米科学和纳米技术中最热门的材料。它在硅世界中具有挑战性的假设反射是创造的硅烯;在这里，我们已经证明了最近通过STM在Ag（110）上观察到的大规模平行阵列中自对准的硅纳米线是真正的硅烯纳米带。我们使用密度泛函理论的计算清楚地表明，Si原子倾向于在银衬底上形成六边形，呈蜂窝状，石墨烯状排列。
2008-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Industrial 300$\,$mm wafer processed spin qubits in natural silicon/silicon-germanium
本研究展示了在工业300毫米晶圆生产线上完全制造的天然硅/硅锗异质结构量子点，实现了低电荷噪声、长相干时间和高保真度，证明了工业制造硅基自旋量子比特的可扩展性与可重复性。
2024-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Giant non-linear susceptibility of hydrogenic donors in silicon and germanium
隐式求和是一种将多光子吸收和氢原子高阶极化率的中间态求和转化为简单积分的方法。在这里，我们推导出多谷半导体中类氢杂质的等效技术。虽然吸收具有有用的应用，但它主要是一个损耗过程;相反，非线性极化率是有源光子器件的关键参数。对于Si：P，我们预测超极化率范围从$χ^{(3)}/n_{\text{3D}}=2.9 $到$580 \times 10^{-38}$ $\text{m}^5/\text{V}^2$取决于频率，即使避免共振。使用一个合理的密度，$n_{\text{3D}}$，和厚度，$L$的样品，以产生在9太赫兹，一个频率，这是很难产生与现有的固态源的三次谐波产生，我们预测，$χ^{(3)}$应该超过大块InSb和$χ^{(3)}L$应该超过石墨烯和共振增强量子阱。
2019-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crucible-free Pulling of Germanium Crystals
通常，锗晶体在直拉（CZ）法之后生长。无坩埚基座法和浮区法（FZ）是硅生长中广泛使用的方法，但很少有人研究锗的生长。锗熔体的密度是液态硅的两倍多，这可能会使浮动区不稳定。此外，较低的熔点和相关的较低的辐射热损失被示出为降低稳定性，特别是FZ过程的螺旋状晶体生长的结果。我们发现，较低的热辐射的Ge可以补偿增加的对流冷却的氦气气氛，而不是氩气环境。在此条件下，可以避免螺旋状生长。不幸的是，氦冷却恶化了馈送棒的熔化行为。沿开放熔体前沿出现尖峰，其接触感应圈。为了改善熔化行为，我们使用灯作为第二能源以及Ar和He的混合物。有了这个，我们找到了一个最终的解决方案，通过在炉子的不同部分使用两种气体，从锗中生长稳定的晶体。实验工作伴随着稳态温度场的模拟。商用软件FEMAG-FZ用于轴对称计算。用于工艺开发的另一工具是横向光电压扫描（LPS），其可以通过分析生长晶体的横向切割中的生长条纹来确定固-液相边界的形状。除了改进工艺外，这些测量结果还可以与计算结果进行比较，从而有助于验证计算。
2011-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Understanding Mechanical Properties and Failure Mechanism of Germanium-Silicon Alloy at Nanoscale
采用分子动力学（MD）模拟方法研究了立方锌锗（ZB）Si 0. 5 Ge 0. 5合金纳米线（NW）的力学性能。采用Tersoff势来阐明纳米线尺寸、晶体取向和温度对材料性质的影响。我们发现，在横截面积的减少导致在较低的极限拉伸强度和杨氏模量的这种合金，这可以归因于增加的表面积与体积比。[111]取向的Si 0.5Ge 0.5 NW具有最高的断裂强度，但[110]取向具有最高的断裂韧性。温度的影响与极限拉伸强度和杨氏模量成反比关系。温度的升高促进了材料的失效，从而降低了材料的强度。研究表明，通过去除Si或Ge原子引入的空位缺陷表现出相似的行为，并且随着空位浓度的增加，拉伸强度和杨氏模量均呈线性下降。我们进一步说明了在两个极低和极高的温度下的Si 0.5Ge 0.5 NW的故障特性。发现Si_（0.5）Ge_（0.5）合金的本征失效特征对温度不敏感。有趣的是，在这两种温度下，随着应变的增加，Si0.5Ge0.5的横截面最终类似于在韧性材料中通常观察到的颈部，尽管NW失效本质上是脆性的。总体而言，这项工作为了解ZB Si0.5Ge0.5 NW的材料性能和失效特征提供了新的视角，这将成为设计硅锗基纳米器件的指南。
2020-04-27 cond-mat.mtrl-sci
One-Dimensional Hole Gas in Germanium/Silicon Nanowire Heterostructures
二维电子和空穴气体系统，通过平面衬底上的能带结构设计和外延生长，已经成为基础凝聚态研究和高性能器件的关键平台。通过在一维（1D）纳米结构衬底上的受控生长来类似地开发一维（1D）电子或空穴气系统，这可以开辟超越现有碳纳米管和纳米线系统的机会，但尚未实现。在这里，我们报告的合成和传输研究的基础上的一个独立的锗/硅（Ge/Si）核/壳纳米线异质结构的一维空穴气体系统。室温下的电输运测量结果清楚地表明，在未掺杂的Ge/Si纳米线异质结构的空穴积累，在对照实验上的单组分纳米线。低温研究表明，当Si壳层作为Ge沟道中空穴气的隧道势垒时，可以很好地控制库仑阻塞振荡。通过热退火也可再现地实现与空穴气的透明接触。在这样的设备中，我们观察到电导量子化在低温下，对应于弹道输运通过1D子带，其中测得的子带能量间距与计算的圆柱形限制潜力。此外，我们观察到一个0.7的结构，这已被归因于自发自旋极化，这表明这种现象在相互作用的一维系统的普遍性。最后，电导表现出很小的温度依赖性，符合我们的计算减少背散射在这个一维系统，并表明，即使在室温下的运输是弹道。
2005-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interband, intraband and excited-state direct photon absorption of silicon and germanium nanocrystals embedded in a wide band-gap lattice
采用原子赝势方法对宽禁带中镶嵌的Si和Ge纳米晶进行了理论研究。从小的集群到大的NC包含上千个原子的顺序被认为是。作为NC直径的函数的有效带隙值很好地再现了可用的实验和理论数据。据观察，最高占据分子轨道的Si和Ge的NC和最低未占分子轨道的Si NC显示振荡相对于这些球形NC所属的$C_{3v}$点群的不同的不可约表示之间的大小。基于这种电子结构，首先带间吸收进行了深入的研究，表明表面极化效应的重要性，显着降低吸收时，包括。发现这种减少随着NC尺寸的减小或NC芯与宿主矩阵之间介电常数失配的增加而增加。合理的协议，观察到与实验的吸收光谱可用。球形NC到长椭球或扁椭球的变形被认为对吸收光谱没有明显的影响。其次，得到了从远红外到可见光范围内的导带内和价带内吸收系数。这些结果可以是有价值的红外光电探测的前景，这些NC阵列。最后，研究了直径为3 nm和4 nm的纳米碳在532 nm、355 nm和266 nm三种不同泵浦波长下的激发态吸收。这揭示了在空穴的情况下的强吸收窗口和在电子的情况下的宽光谱，这对于在这些结构中实现增益的讨论尤其相关。
2007-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Electron-Phonon and Electron-Impurity Scattering on Electronic Transport Properties of Silicon/Germanium Superlattices
半导体超晶格在热电应用中得到了广泛的研究，以探索组分、界面结构和晶格应变环境对热导率降低和效率提高的影响。大多数研究假设，它们的电子性质与散装对应物相比不受影响。然而，最近的研究表明，硅（Si）/锗（Ge）超晶格的电子性质显示出显着的变化取决于组成和生长衬底。这些研究使用了恒定弛豫时间近似，忽略了电子散射过程的影响。在这里，我们考虑电子散射声子和电离杂质，并报告第一性原理计算的电子输运性质，包括散射率。我们研究了两类Si/Ge超晶格：在相同衬底上生长的不同组成的超晶格和在不同衬底上生长的相同组成的超晶格。我们说明了超晶格的能带和电子-声子弛豫时间之间的关系。我们通过考虑面内和跨面结构各向异性来模拟电子-电离杂质相互作用势。我们的分析表明，包括电子-声子和电子-杂质散射过程可以导致~1.56倍的提高峰值功率因数，相比，体硅。我们观察到，超晶格也可以显示显着降低特定的晶格应变环境的功率因数。这种降低可能抵消由于降低的热导率而导致的热电效率提高。我们的研究提供了洞察力，以预测由于晶格应变环境的变化，设计具有优化的电子性能的超晶格至关重要的电子性能的变化。
2021-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of the thickness of Si and Ge films deposited on Si$_3$N$_4$/SiO$_2$/Si substrates on their structure and diffusion of hydrogen atoms from Si$_3$N$_4$ layers
用RHEED、FTIR和Raman光谱研究了分子束在Si $_3$ N $_4$ /SiO $_2$ /Si（001）衬底上生长的厚度达200 nm的硅和锗薄膜。在红外吸收光谱中观察到N $-$ H和Si $-$ N吸收带的强度由于硅和锗膜的沉积而发生显著变化。沉积膜越厚，N $-$ H吸收带强度的降低和Si $-$ N吸收带强度的增加越显著。在非晶和多晶Si或Ge薄膜的生长过程中都观察到了这种趋势。在分配给N $-$ H键振动的频带处的IR吸收的减少被解释为通过这些键的断裂，随后由氢原子从Si $_3$ N $_4$层扩散到硅或锗的生长膜中。沉积膜厚度对氢扩散的影响在由介电Si $_3$ N $_4$层和生长的硅或锗膜中的氢原子的化学势差控制的氢原子扩散的模型内进行了讨论。仅在Si或Ge膜的沉积期间当其厚度逐渐增长时，氢原子才从Si $_3$ N $_4$层逃逸。由于化学电势差的下降，膜生长的中断停止了氢原子迁移到膜中。
2021-12-29 cond-mat.mtrl-sci
A First-Principles Study of Defects and Adatoms in Silicon Carbide Honeycomb Structures
采用第一性原理平面波方法研究了二维单层碳化硅（SiC）蜂窝结构及其准一维扶手椅型纳米带的力学、电学和磁学性质。为了揭示尺寸效应，本文还对SiC的三维体相和一维原子链进行了简要的研究。计算的键长，内聚能，电荷转移和带隙显示出明显的维度效应。基于声子频率计算的稳定性分析表明，二维SiC单层在平面几何结构中是稳定的。我们发现蜂窝状结构的2D SiC单层及其裸露的和氢钝化的纳米带是离子的、非磁性的、宽带隙半导体。在自能修正后，带隙进一步增加。使用应变能计算的机械性能进行了研究。研究了各种空位缺陷、吸附原子和替位杂质对二维SiC单层及其扶手椅型纳米带电子和磁性的影响。发现这些空位缺陷和杂质中的一些影响物理性质并获得磁矩，可以用于功能化SiC蜂窝结构。
2010-03-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
First-principles Calculations of High Thermal Conductivity in Germanium Carbide Channel Materials
本研究通过分子动力学模拟分析了碳化锗的高热导率与传热机制，并提出以具备宽禁带和高热导率的4H-GeC功率MOSFET替代Si-MOSFETs。
2023-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Comprehensive structural changes in nanoscale-deformed silicon modelled with an integrated atomic potential
尽管在新材料领域取得了显著的发展，硅仍然是当今最重要的半导体之一。硅的纳米力学行为，包括相变、非晶化和位错生成，特别是在分子动力学和材料研究的背景下，与科学和技术具有持久的相关性。到目前为止，在纳米级的变形过程中，在硅中的事件的整个周期的全面建模是不可能的，但是，由于现有的原子间势固有的局限性。本文探讨如何以及一个非传统的组合，两个著名的潜力-Tersoff和Stillinger-Weber -可以执行模拟的复杂性。我们的模型表明，硅（Si-I）的不可逆变形是通过向非金刚石结构（Si-nd）的转变而开始的，随后是向Si-II和Si-XII'相的转变（Si-I->Si-nd->Si-II-> Si-XII'）。这导致产生从孕育区向外扩散的位错。实际上，我们的模拟与变形材料中实验检测到的每一个结构变化都是平行的。这包括相变和位错活动的顺序，两者结合在一起，Tersoff和Stillinger-Weber，或者实际上任何其他可用的Si原子间势，都不能单独实现。我们试图通过将其应用于锗来进一步验证我们合并原子势的方法，并发现它同样可以很好地预测锗从液态到非晶态的转变。
2022-08-08 cond-mat.mtrl-sci
First principles investigation of high thermal conductivity in hexagonal germanium carbide(2H-GeC)
设计和寻找块体和纳米级的高导热性材料对于电子冷却具有很高的要求。本文采用第一性原理计算研究了2 H-GeC的热导率。在300 K下，我们报道了纯2 H-GeC沿a轴和c轴分别为1350 Wm-1 K-1和1050 Wm-1 K-1的高热导率。这些值比2 H-碳化硅的热导率高130%，比立方晶系锗碳化物（c-GeC）低20%。我们分析了声子群速度、声子散射率以及声学声子和光学声子的模式贡献。我们还研究了纳米结构的2 H-GeC的导热性，用于纳米电子学中的散热。在室温下，2 H-GeC在100 nm的纳米尺度（L）下的热导率为约65 Wm-1 K-1，与c-GeC的热导率相等。这一结果表明，2 H-GeC将是一种很有前途的材料，用于微/纳米电子学中的热管理应用。
2021-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Depth-Resolved Lattice Distortions in a Silicon-Germanium Qubit Host
Q-NEXT, Argonne National Laboratory（Q-NEXT，阿贡国家实验室）；Materials Science Division, Argonne National Laboratory（材料科学部，阿贡国家实验室）；Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago（普里茨克分子工程学院，芝加哥大学）；Department of Physics, University of Wisconsin-Madison（物理学系，威斯康星大学麦迪逊分校）；Center for Nanoscale Materials, Argonne National Laboratory（纳米材料中心，阿贡国家实验室）
该研究通过X射线纳米结构 mapping 分析英特尔Si/SiGe芯片，揭示了SiGe生长引入的晶格缺陷对量子比特能谱的影响，明确了衬底 miscut 与交叉 hatch 图案的关联，为量子比特性能优化提供了依据。
2026-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Functionalization of Single Layer MoS$_2$ Honeycomb Structures
基于第一性原理平面波计算，我们研究了二维单层MoS $_2$结构通过吸附原子和空位缺陷产生的功能化.最小能量吸附位点被确定为16个不同的吸附原子，每个产生不同的属性。裸单层MoS $_2$通常是一种非磁性、直接带隙半导体，在吸附特定过渡金属原子以及硅和锗原子后获得净磁矩。带隙中的局域施主和受主态扩展了MoS $_2$在纳米电子学和自旋电子学中的应用。特定的吸附原子，如C和O，在吸附到单层MoS $_{2}$上时获得显著的过量电荷，这可用于其摩擦学应用。在单层MoS $_{2}$中产生的每个MoS $_{2}$ -三重空位引起净磁矩，而与Mo和S原子相关的其他空位缺陷不影响磁基态。目前的结果也是相关的石墨MoS $_2$的表面。
2011-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Modification of low-temperature silicon dioxide films under the influence of technology factors
研究了离子注入、激光辐照、热退火和光子退火等工艺因素对低温二氧化硅薄膜的结构、组成和电物理特性的影响。采用等离子体化学氧化法、反应阴极溅射法和正硅酸乙酯热分解法制备了二氧化硅薄膜。在衬底的容量中，使用锗、硅、砷化镓和氮化镓。用红外透射光谱和受抑内反射光谱分析了薄膜的结构和成分。分析了低温二氧化硅薄膜的改性效率与衬底类型、薄膜结构和性质、透湿性、介质淀积工艺、注入离子类型和剂量、退火温度和退火方式等因素的关系。
2017-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling the significance of Raman modes, Gruneisen parameters and phonon lifetimes in the hexagonal allotropes of Silicon and Germanium compounds
Birla Institute of Technology and Science Pilani Hyderabad Campus（比拉理工学院皮拉尼海得拉巴校区）
本文利用meta-GGA泛函研究了硅和锗六方同素异形体的电子结构和振动特性，分析了声子寿命、声子散射率及声子谱的非谐性影响，旨在提升热电、光伏和光电设备的应用效能。
2026-04-19 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
High quality CVD deposition of Ge layers for Ge/SiGe Quantum Well heterostructures
本文研究了通过化学气相沉积生长Ge薄膜的动力学与晶体质量，并将其作为虚拟衬底成功制备了超洁净Ge/SiGe量子阱异质结构，为硅基量子计算提供了材料基础。
2024-05-13 cond-mat.mtrl-sci
